Klimaentwicklung

Botschaften

1) Die hohe natürliche Variabilität in der regionalen Klimaentwicklung ist zunehmend von einem Erwärmungstrend überlagert, was komplexe Auswirkungen zur Folge hat!

2) Das Risiko im Auftreten witterungsbedingter Extreme hat sich erhöht, auch deren gleichzeitiges und/oder länger anhaltendes Auftreten![1][2]

3) Die Änderungen im Temperatur- und Niederschlagsregime begünstigen zunehmend den Aufbau bzw. die Ausprägung von Trockenheit! Hierbei …

treten längerfristige Niederschlagsdefizite und kurzfristige -überschüsse gleichzeitig auf;
verstärken hohe Temperaturen die Wirkung eines Niederschlagdefizites, infolge der Verdunstung;
schreitet die gemessene Temperaturentwicklung im Vergleich zur projizierten schneller voran!

Zur Bewältigung der Herausforderung Klimawandel empfiehlt sich eine solide Doppelstrategie der Art „Das Unbeherrschbare vermeiden und das Unvermeidbare beherrschen!“ (Hans Joachim Schellnhuber). Dies bedeutet ein aktives und gleichzeitiges Betreiben von Klimaschutz und Anpassung an die Folgen unter dem Motto Global Denken und Lokal Handeln.

Zur Anpassung erscheint die Etablierung eines Intelligenten Wassermanagements von zentraler Bedeutung, dass ein nachhaltiges Landmanagement (vgl. IPCC‐Sonderbericht: Klimawandel und Landsysteme. 08/2019) als Baustein einschließt.

[1] GDV & DWD (2019): Schadenaufwand in Höhe von ca. 890 Millionen Euro durch Starkregen in Sachsen im Zeitraum 2002 bis 2017

[2] GDV (2020): Gesamtschadenaufwand in Höhe von 119 Millionen Euro, davon 109 Millionen durch Sturm/Hagel, in Sachsen im Jahr 2019

Datengrundlagen, Systematik

Das Klimasystem besteht aus mehreren Komponenten deren Wechselwirkungen auf unterschiedlichen Zeit- und Raumskalen stattfinden. Somit ergeben sich das Klima und seine Änderungen aus der Überlagerung von Ursachen, letztlich als Folge von Variationen im Strahlungshaushalt die wiederum durch Änderungen in der Energiebilanz (Erwärmung der bodennahen Luft, Verdunstung) zum Ausdruck kommen. Über die Verdunstung ist der Energiehaushalt mit dem Wasserhaushalt verbunden. Letztlich ändert sich das Klima immer, die Frage ist nur in welchem Ausmaß pro Zeit!

Die Grundzüge der Klimaentwicklung in Sachsen werden anhand atmosphärischer Größen als Antrieb im Wasserhaushalt aufgezeigt. Hierfür bilden Beobachtungen und Klimaprojektionen die Datengrundlage. Die Darstellung der Klimaentwicklung erfolgt anhand von Abweichungen für Bezugsperioden (30- oder 10-jährig) gegenüber der Klima-Referenzperiode 1961-1990.

Die Klima-Referenzperiode 1961-1990 wurde 2014 von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) zur Bewertung des langfristigen Klimawandels international fixiert. Die 30-jährigen Klima-Bezugsperioden dienen der Einordnung der gegenwärtigen Klimabedingungen. Sie werden 10-jährig fortgeschrieben. Mit Beginn 2021 löste die Klima-Bezugsperiode 1991-2020 die bis dahin gültige Klima-Bezugsperiode 1981-2010 ab.

Schwankungen werden auf der Grundlage von Unterschieden zwischen Dekaden (1961-1970, …, 2011-2020) dargestellt.

Siehe auch: Informationen zu den Modellgrundlagen

Einflüsse auf das Regionalklima

Für das Klima in Sachsen ist die naturräumliche Ausstattung in Kombination mit der besonderen geografischen Lage charakteristisch. Wesentlich ist hier der Einfluss der Mittelgebirge im Allgemeinen und im Speziellen die NW-Ausrichtung des Erzgebirges in Kombination mit der Anströmrichtung bei gefährdenden Wetterlagen. Hinzu kommt, dass Sachsen im Übergangsbereich von atlantisch (West) zu kontinental (Ost) geprägten Luftmassen liegt.

Der Einfluss der Landnutzung zeigt sich vor allem bei der Verteilung der Nettostrahlung aufgrund des unterschiedlichen Reflexionsvermögens der Oberfläche und unterschiedlicher Expositionen des kleinräumigen Reliefs. Bei größerer Flächenausdehnung (> 1 km²) führen unterschiedliche Landnutzungsarten zur Ausprägung eigener Sonderklimate wie Wald- und Stadtklima.

Temperatur

Die Jahresmitteltemperatur in Sachsen hat sich von 8,2 °C (1961-1990) auf 9,2 °C (1991-2020) um + 1 K erhöht. Es ist davon auszugehen, dass sich die kontinuierliche Erwärmung bis zum Ende des lfd. Jahrhunderts mit einer Bandbreite von ca. + 1,5 K (RCP-Szenario 2.6) bis ca. + 5 K (RCP-Szenario 8.5) fortsetzt, wobei das gegenwärtige Temperaturniveau (2011-2020) bereits ca. + 1,6 K (9,8 °C) beträgt. Die letzten aufeinanderfolgenden 30 Jahreszeiten waren, mit zunehmenden graduellen Abweichungen, alle wärmer als ihre Referenz 1961-1990 und somit der längste zusammenhängende Zeitraum seit 1881. Ausdruck der erhöhten Wärmebelastung ist ein um + 40 % vermehrtes Auftreten von Sommertagen 1991-2020 gegenüber 1961-1990 und eine Abnahme der mittleren Anzahl von Frosttagen um – 8 % [3].

[3] Sommertag: Tagesmaximum der Lufttemperatur > 25 °C, Frosttag: Tagesminimum der Lufttemperatur < 0 °C

Auf welchem Kurs liegt Sachsen in der langfristigen Entwicklung?

Folgen der Temperaturerhöhung

Nach der Clausius-Clapeyron-Gleichung der Thermodynamik kann die Atmosphäre pro Grad Erwärmung 7 % mehr Wasserdampf aufnehmen. Dies hat fundamentale Bedeutung für das Klimasystem. Die vom Menschen verursachten Emissionen von Treibhausgasen (Kohlendioxid, Methan, Lachgas u.a.) erhöhen die Temperatur der Atmosphäre, was einen höheren Wasserdampfgehalt zur Folge hat. Dieser wirkt als natürliches Treibhausgas auf die Temperatur zurück und verstärkt somit die Treibhauswirkung der anthropogenen Treibhausgase (positiver Rückkopplungseffekt).

Darüber hinaus hat der Grad der Erwärmung grundlegenden Einfluss auf die Wolken- und letztlich Niederschlagsbildung, wobei von Wolken auch ein Strahlungseffekt auf das Klima ausgeht. Der Netto-Strahlungseffekt ergibt sich aus erwärmendem Treibhauseffekt (bei hohen Wolken dominierend) und abkühlendem Albedo-Effekt (bei niedrigen Wolken dominierend).

Vor dem Hintergrund eines zunehmend wärmeren Temperaturregimes stellt sich die Frage nach Änderungen im Niederschlagsverhalten.

Bild_Niederschlag

Niederschlag

Im Freistaat Sachsen geht die um + 1 K erhöhte Jahresmitteltemperatur mit einer Zunahme des mittleren Jahresniederschlages um + 4 % einher (1961-1990: ca. 780 mm, 1991-2019: ca. 810 mm). Das gegenwärtige Niveau (2011-2020) im mittleren Jahresniederschlag liegt mit ca. 770 mm – 1 % unter dem Referenzwert.

Von wesentlich höherer Bedeutung ist allerdings die innerjährliche Verteilung der mittleren Niederschlagssummen und auch in welcher Art der Niederschlag fällt.

Mit ca. 220 mm waren die mittleren Niederschlagssummen in den Vegetationsperioden I (April, Mai, Juni) und II (Juli, August, September) des Referenzeitraumes 1961-1990 gleich. Im Bezugszeitraum 1991-2020 erfolgte hier eine Abnahme von – 11 % (auf ca. 200 mm) in der VP I und eine Zunahme von + 16 % (auf ca. 255 mm) in der VP II. Das gegenwärtige Niveau (2011-2020) im mittleren Niederschlag der VP II liegt mit ca. 240 mm + 8 % über dem Referenzwert. Es ist davon auszugehen, dass sich die Abnahmen in den mittleren Niederschlagssummen der Vegetationsperiode I bis zum Ende des lfd. Jahrhunderts mit einer Bandbreite von ca. – 10 % (RCP-Szenario 2.6) bis ca. – 45 % (RCP-Szenario 8.5) fortsetzen, wobei das gegenwärtige Niederschlagsniveau (2011-2020) hier bereits – 10 % beträgt.

Gegenüber dem Referenzeitraum 1961-1990 war im Bezugszeitraum 1991-2020 der überwiegende Teil der Flächen Sachsens von Zunahmen im jährlichen Auftreten von Starkregenereignissen (R95p, R99p) [4] und deren Intensität betroffen. Hieraus ergibt sich ein deutlicher Hinweis auf die Intensivierung des konvektiven Starkregengeschehens. Darüber hinaus erhöht sich auch die Regenmenge von Starkregenereignissen aus feuchtegesättigten Luftmassen (advektiv) um 7 % pro Grad Erwärmung (sog. „CC-Rate“).

Betrachtet man die Vegetationsperioden, ist eine Verminderung der Auftrittshäufigkeit von Starkregen in der Vegetationsperiode I (April bis Juni) sowie eine flächendeckende Erhöhung in der Vegetationsperiode II (Juli bis September) festzustellen.

Letztlich bedeuten die Änderungen im Starkregenverhalten, dass mittlere Niederschlagssummen einen zunehmend höheren Starkregenanteil aufweisen. Hieraus lässt sich schlussfolgern, dass länger andauernde niederschlagsarme bzw. -freie Witterungsabschnitte von Starkregenereignissen unterbrochen werden, was sich wiederum auf die Abflusseigenschaften der Bodenoberfläche auswirkt und zu mehr schnellabfließendem Oberflächenwasser führt.

Ergänzend sei noch erwähnt, dass der Niederschlag bei höheren Temperaturen im Winter eher als Regen denn als Schnee fällt bzw. die Schneedecke einen höheren Flüssigwassergehalt aufweist und somit höhere Schneelasten bspw. auf Waldbestände zur Folge hat.

[4] 95- und 99-Perzentile (Ereignisse, deren Regenmenge zu den größten 5 % (R95p) bzw. 1 % (R99p) der lokal aufgetretenen täglichen Regenmengen gehörte)

Potentielle Verdunstung

Im Freistaat Sachsen führt die um + 1 K erhöhte Jahresmitteltemperatur zu einer Zunahme der mittleren jährlichen potentiellen Verdunstung (auch Sättigungsdefizit der Atmosphäre) um + 8 % (1961-1990: ca. 600 mm, 1991-2020: ca. 645 mm). Das gegenwärtige Niveau (2011-2020) liegt mit ca. 665 mm + 11 % über dem Referenzwert.

Klimatische Wasserbilanz

Die klimatische Wasserbilanz (auch potentielles Wasserdargebot) ergibt sich aus der Differenz von Niederschlag und potentieller Verdunstung. Die mittlere jährliche Wasserbilanz in Sachsen hat sich um – 9 % von ca. 150 mm (1961-1990) auf 140 mm (1991-2020) verschlechtert. Das gegenwärtige Defizit (2011-2020) liegt mit ca. 80 mm bei – 50 %!