Aktuelle Klimasituation in Thüringen anhand der Entwicklung in den letzten Jahrzehnten

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1 Aktuelle Klimasituation in Thüringen anhand der Entwicklung in den letzten zehnten Für die Untersuchung der aktuellen Klimasituation in Thüringen wurden stellvertretend für die vier Thüringer Klimabereiche die Wetterstationen,, und ausgewählt. Ergänzend dazu wurden für einige Auswertungen die Stationen Erfurt und Gera betrachtet. Als Vertreter urban geprägten Klimas dient die Wetterstation Jena-Sternwarte. Lufttemperatur Abb. 1: Zeitreihen der esmitteltemperatur. Temperatur ( C) 11 9 Die fünf betrachteten Stationen unterscheiden sich bezüglich ihrer esmitteltemperatur zum Teil sehr stark voneinander (Abb. 1). Das liegt hauptsächlich in der Höhenlage der Wetterstationen begründet. Da die Temperatur mit zunehmender Höhe abnimmt, ist auf der die geringste esmitteltemperatur zu verzeichnen. Deutlich wärmer ist es in und, gefolgt von. Die höchste esmitteltemperatur der fünf betrachteten Stationen weist Jena-Sternwarte auf. Dafür verantwortlich sind neben der geringen Höhenlage (ca. 1 m ünn) die klimatisch begünstigende Lage im Saale-Tal und stadtklimatologische Effekte (nächtliche städtische Wärmeinsel). Allen fünf Stationen ist ein signifikanter Trend zunehmender esmitteltemperatur zu entnehmen. Innerhalb der letzten 1 e hat dieser Trend statistisch leicht abgenommen. Begründung dafür sind die sehr kalten e 199 und. Diese klimatologisch kurzfristigen Variabilitäten ändern jedoch nichts an der allgemein weiterhin ansteigenden Tendenz. 1 1 Temperatur ( C) Temperatur ( C) 1 1 Abb. : Zeitreihen der Monatsmitteltemperatur des April. Abb. : Zeitreihen der Monatsmitteltemperatur des Juni. Während die esmitteltemperatur ansteigt, ist dieser Anstieg in den Einzelmonaten nur bedingt zu erkennen. Die meisten Monate haben bezüglich ihrer Monatsmitteltemperatur keinen statistisch signifikanten Trend. Sehr auffällig sind jedoch der April (Abb. ) und der Juni (Abb. ), welche jeweils einen deutlichen Anstieg ihrer Monatsmitteltemperatur aufweisen. Dabei ist jedoch zu erwähnen, dass von Anfang der er bis Anfang der er e ein abnehmender Trend vorlag. Temperatur ( C) Der August ist im Vergleich zu den er en auch deutlich wärmer geworden (Abb. ). Dieser Trend ist allerdings nur bis zum signifikant. Die Ursache des nicht mehr eindeutig ansteigenden Trends liegt in der raschen Aufeinanderfolge sehr warmer ( ) und sehr kalter ( ) Augustmonate begründet, die den Trend statistisch aufweichen. Abb. : Zeitreihen der Monatsmitteltemperatur des August.

2 Niederschlag Der Niederschlag ist räumlich und zeitlich stark variabel. Die im Durchschnitt größten esniederschlagsmengen treten mit ca. 1mm auf der auf, während in nur ein Drittel davon fällt (Abb. ). Aufgrund der starken Variabilität des Niederschlagsverhaltens ist es schwer, signifikante Trends zu erkennen. Dennoch zeigt sich im Juni eine Tendenz zu weniger Niederschlag (Abb. ). esniederschlag (mm) Niederschlag im Juni (mm) Abb. : Zeitreihen der esniederschlagssumme. Abb. : Zeitreihen der monatlichen Niederschlagssumme des Juni. Der Trend zu geringeren Niederschlagsmengen im Juni spiegelt sich auch in der abnehmenden Anzahl der Tage mit Niederschlag (Abb. ) und der Zunahme niederschlagsfreier Tage (Abb. ) wider. Anzahl der Tage mit Niederschlag im Juni 1 Anzahl niederschlagsfreier Tage im Juni 1 Abb. : Anzahl der Niederschlagstage im Juni. Abb. : Anzahl niederschlagsfreier Tage im Juni. Im Folgemonat Juli ist zwar kein Trend der absoluten Niederschlagssumme erkennbar, jedoch nimmt die Anzahl der Tage mit Niederschlag (Abb. 9) zu und die der niederschlagsfreien Tage (Abb. ) dementsprechend ab. Anzahl der Tage mit Niederschlag im Juli 1 Anzahl niederschlagsfreier Tage im Juli 1 Abb. 9: Anzahl der Tage mit Niederschlag im Juli. Abb. : Anzahl niederschlagsfreier Tage im Juli.

3 Sonnenscheindauer Die räumliche Variabilität der Sonnenscheindauer ist deutlich geringer als die der Lufttemperatur oder des Niederschlags. In, und scheint die Sonne an durchschnittlich 1 bis 1 Stunden im. Auf der sind es mit knapp 1 Sonnenstunden pro etwas weniger (Abb. 11). Jährliche Sonnenscheindauer (h) Sonnenscheindauer im Juni (h) 1 1 Abb. 11: Zeitreihen der jährlichen Sonnenscheindauer. Abb. : Zeitreihen der monatlichen Sonnenscheindauer des Juni. Signifikante Trends in der Sonnenscheindauer zeigt nur der Monat Juni (Abb. ). Bis Ende der er e nahm die monatliche Sonnenscheindauer ab. Jedoch mit Beginn der er e bis zum heutigen Tag ist im Juni eine Zunahme der Sonnenstunden zu verzeichnen. Der Juni ist also nicht nur wärmer und niederschlagsärmer, sondern auch sonnenscheinreicher geworden. Windgeschwindigkeit Windgeschwindigkeit (ms -1 ) 1 Bei der Auswertung der mittleren monatlichen Windgeschwindigkeit wurde auf die Wetterstation Jena-Sternwarte verzichtet, da an dieser Station nur Messwerte bis 199 verfügbar sind. Ergänzend dazu wurden mit Erfurt und Gera zwei weitere Wetterstationen in die Auswertung einbezogen. Abb. 1 zeigt den esgang der Windgeschwindigkeit für alle sechs Wetterstationen in monatlicher Auflösung. Auf der herrschen durchschnittlich die höchsten Windgeschwindigkeiten, gefolgt von Erfurt und Gera., und sind ganzjährig windschwächer. Die im Durchschnitt höchsten Windgeschwindigkeiten treten im Dezember und Januar auf, während das Minimum im August vorliegt. Abb. 1: esgang der Windgeschwindigkeit (Mittelwerte der Periode 199 bis ). Auf Trendaussagen zur Windgeschwindigkeit wurde aus folgenden Gründen verzichtet: Die mittlere tägliche Windgeschwindigkeit ergibt sich als Tagesmittel- Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat wert aus den jeweils letzten zehn Minuten vor jedem stündlichen synoptischen Meldetermin. Das bedeutet, dass je Stunde min unbeachtet bleiben. Weiterhin ist bei den langjährigen Messungen auch die Homogenität der Zeitreihen in Frage zu stellen. Frühere Anemometer hatten zum Teil eine erhebliche mechanische Trägheit, die vor allem bei niedrigen und sehr hohen Windgeschwindigkeiten zu Unsicherheiten führte. Neue Sensoren sind deutlich trägheitsärmer bzw. trägheitslos (Ultraschallanemometer), führen dadurch aber zu Inhomogenitäten der Messreihe. Extremwetterereignisse Gera Erfurt Schauer und vor allem Gewitter sind (konvektive) Wetterereignisse mit potentiell erhöhtem Schadrisiko für zahlreiche Bereiche der menschlichen Gesellschaft. Die jährliche Anzahl konvektiver Wettererscheinungen hat bis zum hin signifikant zugenommen. Das betrifft jedoch überwiegend die Schauer. Für Gewitter ist kein eindeutiger Trend erkennbar. Innerhalb der letzten Dekade bis ist kein Trend konvektiver Aktivität nachweisbar. Der bis ansteigende Trend stagniert seit den vergangenen zehn en. Starkniederschläge treten sehr selten auf, führen aber im Einzelfall zu erheblichen Sach- und zum Teil auch Personenschäden. Die Auftrittshäufigkeit von Niederschlägen mit über mm pro Tag innerhalb der letzten zehnte zeigt folgende Tabelle:

4 Station Auftreten von Niederschlagsereignissen mit mehr als mm pro Tag mal in en mal in en 9 mal in en 11 mal in en mal in en Zur Trendanalyse wurden Tage mit mehr als mm und mehr als mm Niederschlag betrachtet. Alle größeren Tagesniederschlagsmengen haben zu wenige Ereignisse, um eine belastbare statistische Aussage zu liefern. Durchschnittliche Ereignissanzahl pro Mindesttagesniederschlagssumme (mm) Dieser Aspekt wird auch bei Betrachtung von Abb. 1 deutlich. Starkniederschläge oberhalb mm pro Tag traten auf der Bergstation durchschnittlich einmal im auf. In Jena war mit derartigen Niederschlagsereignissen alle fünf e zu rechnen. Für alle anderen Stationen lag das durchschnittliche Wiederkehrintervall bei deutlich über zehn bis zwanzig e. Tage mit mehr als mm Niederschlag haben seit 191 in und Erfurt zugenommen. Gleiches gilt für Tage mit mehr als mm am Standort Erfurt. Ein flächendeckend einheitlicher und robuster Trend ist jedoch nicht festzustellen. Abb. 1: Durchschnittliche Anzahl von Tagesniederschlagsereignissen definierter Intensität pro. Trockenperioden sind als Begriff nicht einheitlich definierbar, sondern hängen sehr stark vom Standort ab. Das Austrockenpotential eines Gebietes wird neben dem Niederschlagsregime auch maßgeblich durch das Abflussverhalten, die Hangneigung, Vegetation, Bodenart und viele weitere Oberflächenparameter bestimmt. Im Folgenden ist eine Trockenperiode als Zeitabschnitt von mindestens elf aufeinander folgenden Tagen ohne Niederschlag definiert. In, und Meinungen treten solche Ereignisse im Durchschnitt zweimal und auf der einmal im auf. In Jena sind es ein bis zwei Ereignisse pro. Im Frühjahr und Sommer kamen elf aufeinander folgende Tage ohne Niederschlag jeweils alle zwei e vor; in etwas häufiger und auf der dementsprechend seltener. Ein Trend bezüglich Häufigkeit und Dauer von Trockenperioden ist anhand der betrachteten Stationsmessreihen nicht feststellbar. Zur Einschätzung der Größenordnung und saisonalen sowie räumlichen Verteilung von zusammenhängenden Perioden ohne Niederschlag dient nachfolgende Übersicht. Die aufgeführten Werter sind Mittelwerte aus den zur Verfügung stehenden Zeitreihen. Anzahl der Perioden mit mindestens aufeinander folgenden Tagen ohne Niederschlag Jena Frühjahr..... Sommer..... Herbst Anzahl der Perioden mit mindestens aufeinander folgenden Tagen ohne Niederschlag Jena Frühjahr Sommer Herbst Anzahl der Perioden mit mindestens 11 aufeinander folgenden Tagen ohne Niederschlag Jena Frühjahr..... Sommer..... Herbst Durchschnittliche maximale Anzahl aufeinander folgender Tage ohne Niederschlag Jena Frühjahr Sommer Herbst

5 Sommertage im Juni 1 Temperaturextreme werden im Folgenden anhand ausgewählter Kenngrößen wie Heiße Tage oder tägliche Minimaltemperatur charakterisiert. In gibt es pro durchschnittlich Sommertage (= Tage mit einer Maximaltemperatur von mindestens C), während es auf der nur sechs Tage sind. Parallel zur angestiegenen Monatsmitteltemperatur im Juni, nahm auch die Anzahl der Sommertage zu (Abb. 1). Abb. 1: Zeitreihen der monatlichen Anzahl an Sommertagen im Juni. Der Trend zunehmender Sommertage ist auch für das gesamte (Abb. 1) und den Monat August (Abb. 1) feststellbar. Im August stagniert der Trend allerdings nach dem und hat zum Teil wieder abnehmende Tendenz. Bezüglich der Anzahl Heißer Tage (= Tage mit einer Maximaltemperatur von mindestens C) sind keine Trends nachweisbar. Sommertage im Sommertage im August 1 Abb. 1: Zeitreihen der jährlichen Anzahl an Sommertagen. Abb. 1: Zeitreihen der monatlichen Anzahl an Sommertagen im August. Die jährliche Maximaltemperatur (Abb. 1) und die monatliche Maximaltemperatur im Januar (Abb. 19), Februar (Abb. ) und August (Abb. 1) hat sich bis Anfang des 1. hunderts erhöht. Nachfolgend bis zum ist dieser Trend nicht mehr zu erkennen bzw. bereits wieder leicht rückläufig. Maximaltemperatur im ( C) Maximaltemperatur im Januar ( C) 1 1 Abb. 1: Zeitreihen der jährlichen Maximaltemperatur. - Abb. 19: im Januar.

6 Maximaltemperatur im Februar ( C) Maximaltemperatur im August ( C) Abb. : im Februar. Abb. 1: im August. Im Mai (Abb. ) hat die Maximaltemperatur bis zugenommen, während im Dezember (Abb. ) vor allem aufgrund der kühlen Winter der letzten e ein Rückgang der erreichbaren Maximaltemperatur zu verzeichnen war. 1 Maximaltemperatur im Mai ( C) 1 Maximaltemperatur im Dezember ( C) 1 Abb. : im Mai. Abb. : im Dezember. Die Minimaltemperatur ist vor allem während des Sommerhalbjahrs angestiegen. Der Trend steigender Minimaltemperatur im Mai (Abb. ) ist bis signifikant und stagniert nachfolgend, während der ansteigende Trend für den Juli (Abb. ) und August (Abb. ) bis zum nachweisbar ist. Im August hat zusätzlich die Anzahl an Tagen mit einer Minimaltemperatur von höchstens 1 C zugenommen (Abb. ). Das Minimum der täglichen Temperatur tritt im Sommerhalbjahr fast ausschließlich nachts auf. Daraus ergibt sich, dass die Nächte im Mai, Juli und August wärmer geworden sind. Minimaltemperatur im Mai ( C) Minimaltemperatur im Juli ( C) Abb. : Zeitreihen der monatlichen Minimaltemperatur im Mai. Abb. : Zeitreihen der monatlichen Minimaltemperatur im Juli.

7 1 Minimaltemperatur im August ( C) 11 9 Anzahl der Tage mit einer Minimaltempertur von höchstens 1 C 1 1 Abb. : Zeitreihen der monatlichen Minimaltemperatur im August. Abb. : Zeitreihen der Anzahl an Tagen mit einer Minimaltemperatur von höchstens 1 C im August. Die Tagestemperaturamplitude ist aufgrund weniger intensiver Sonneinstrahlung im Winter kleiner als im Sommer. Ein auffälliger Trend zeigt sich bei der mittleren 1 Tagestemperaturamplitude im Juni (Abb. ). 1 Von Anfang der er e bis in die er e des 1. hunderts hat die mittlere Tagestemperaturamplitude im Juni abgenommen. Ab Mitte der er e hat sich dieser Trend umgekehrt und ist bis zum jetzigen Zeitpunkt (um ) si- 11 gnifikant ansteigend. Das heißt, der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht hat im Juni zugenom- 9 men und ist qualitativ jetzt wieder in etwa auf dem Stand der er e des. hunderts. Tagestemperaturamplitude im Juni (K) Abb. : Zeitreihen der mittleren Tagestemperaturamplitude im Juni. Als Frosttage werden Tage mit einer Minimaltemperatur von unter C bezeichnet. Für den April (Abb. 9) und November (Abb. ) zeigt sich eine auffällige Tendenz zu einer abnehmenden Anzahl von Frosttagen. Spät- und Frühfröste haben bezogen auf diese beiden Monate folglich abgenommen. Anzahl der Frosttage im April Anzahl der Frosttage im November 1 Abb. 9: Zeitreihen der Anzahl an Frosttagen im April. Abb. : Zeitreihen der Anzahl an Frosttagen im November. Eistage (= Tage mit einer Maximaltemperatur von unter C) weisen bei ganzjähriger Betrachtung eine leichte, aber signifikante, Tendenz zur Abnahme auf (Abb. 1). Zusätzlich dazu hat die Anzahl an Tagen mit einer Minimaltemperatur von mindestens - C im Februar deutlich abgenommen (Abb. ).

8 Anzahl jährlicher Eistage 1 9 Anzahl der Tage mit einer Minimaltemperatur von mindestens - C im Februar Abb. 1: Zeitreihen der jährlichen Anzahl an Eistagen. Abb. : Zeitreihen der Anzahl an Tagen im Februar mit einer Minimaltemperatur von mindestens - C. Phänologie Phänologische Beobachtungen leisten einen wichtigen Beitrag für die Klimaforschung und dienen der Beurteilung und Einschätzung von Klimaveränderungen. Mit ihnen 9 lassen sich Abweichungen in der Witterung einzelner e oder eszeiten vom üblichen Ablauf feststellen. So können beispielsweise Aussagen zur Länge Gera der jährlichen Vegetationsperiode abgeleitet werden. Erfurt Aus längjährigen phänologischen Beobachtungsreihen über mehrere zehnte lassen sich auch Klima- trends bestimmen. Die thermische Vegetationsperiode hat sich seit 19 sichtlich verlängert (Abb. ). Waren es in den er en des. hunderts noch ca. Tage im, so hat sich die Dauer der Vegetationsperiode bis auf durchschnittlich Tage erhöht. Länge der thermischen Vegetationsperiode (d) 19 1 Abb. : Zeitreihen der Länge der jährlichen, thermischen Vegetationsperiode. Insbesondere der Beginn der thermischen Vegetationsperiode liegt derzeit mit Mitte bis Ende März deutlich früher im, verglichen mit ehemals Anfang April in den er en (Abb. ). Ebenso hat sich das Ende der thermischen Vegetationsperiode von Anfang auf Mitte November verschoben (Abb. ). Beginn der thermischen Vegetationsperiode Gera Erfurt 1.. Abb. : Zeitreihen des Beginns der thermischen Vegetationsperiode. Ende der thermischen Vegetationsperiode Gera Erfurt 9.. Abb. : Zeitreihen des Endes der thermischen Vegetationsperiode. Die Verschiebung der Vegetationsperiode spiegelt sich auch in den einzelnen phänologischen eszeiten wider. Vor-, Erst- und Spätfrühling setzen jeweils im Mittel bis 1 Tage eher ein (Engelmann, ). Gleiches gilt für den Früh- und Hochsommer mit durchschnittlich 1 Tagen. Der Spätsommer und Vollherbst verfrühen sich bis Tage, während es beim Frühherbst 1 Tage sind. Der Eintrittstermin für den Spätherbst unterliegt keinem Trend, sodass sich die Dauer des Vollherbstes verlängert.

9 Emission von Treibhausgasen Abb. zeigt das Monatsmittel der CO -Konzentration in der Einheit ppm (parts per million) für drei ausgewählte Messstandorte: Jena-Beutenberg (Max-Planck-Institut für Biogeochemie, ), Schauinsland (Scharzwald) (Umweltbundesamt, ) und Mauna Loa (Hawaii) (NOAA ESRL, ). Monatsmittel der CO -Konzentration Abb. : Zeitlicher Verlauf der CO -Konzentration der letzten e. Die im Saale-Tal gelegene Stadt Jena (ca. m ünn) im östlichen Thüringen unterscheidet sich hinsichtlich Höhenlage und Landnutzung grundlegend Jena (Beutenberg) Mauna Loa von den beiden Bergstationen auf dem Schauinsland 9 Schauinsland ( m ünn) und dem Mauna Loa (ca. m ünn). Der gemessene CO -Verlauf auf dem Mauna Loa weist mit einer jährlichen Standardabweichung von um die 1,9 ppm die geringsten Schwankungen auf. Der urban geprägte Standort Jena zeigt die höchste und am stärksten variierende CO Zeit (Monat) -Konzentration (jährliche Standardabweichung von bis ppm). Begründung dafür ist die unmittelbare Nähe zu CO -Emittenten wie Straßenverkehr und Industrie. Zusätzlich dazu ist die Lage im Saale-Tal förderlich für austauscharme Inversionswetterlagen und Nebelbildung. Die CO -Konzentration im Saale-Tal ist dadurch stark anthropogen beeinflusst und auch maßgeblich vom Wettergeschehen abhängig. Die Charakteristik des CO -Verlaufs auf dem Schauinsland liegt zwischen denen vom Mauna Loa und Jena-Beutenberg. Des Weiteren ergeben CO -Messungen an den Küsten und auf dem offenen Ozean um bis zu ppm (Beck, ) niedrigere Werte im Vergleich zu kontinentalen Bereichen. Ursache dafür ist die Absorption von CO im Wasser. Daher sollten hinsichtlich des Klimawandels die erhöhten Messwerte für die urban geprägte Region Jena nicht überinterpretiert werden. Allen drei CO -Kurven ist ein deutlicher esgang zu entnehmen. Das Maximum der CO -Konzentration befindet sich auf der Nordhalbkugel im Frühling, während das Minimum im Herbst liegt. Grund dafür ist die photosynthetische Aktivität der Pflanzen während der Wachstumsperiode, die der Atmosphäre CO entzieht. Auffällig ist dabei am Standort Jena das Auftreten des Hauptmaximums um den Monat Dezember. Aufgrund kalter Witterung in dieser eszeit wird u. a. mehr geheizt und folglich lokal auch mehr CO freigesetzt. Das zeitlich nachfolgende sekundäre Maximum um den Monat April ist erneut auf den natürlichen esgang zurück zu führen. Die CO -Kurven für den Schauinsland und den Mauna Loa lassen einen deutlich ansteigenden Trend erkennen, welcher dem esgang überlagert ist. Die CO -Zunahme beträgt dabei ca. ppm pro. Während es im im Mittel noch ppm waren, ist die CO -Konzentration bis auf 9 ppm angestiegen. Das esmittel für Jena liegt aus erwähnten Gründen deutlich über den beiden anderen Messstandorten und betrug ppm für. Der zunehmende Trend für Jena ist aufgrund der recht kurzen Zeitreihe statistisch nicht signifikant nachweisbar, aber offenbart bei Betrachtung der esmittelwerte (9: ppm, : ppm, 11: ppm) eine ebenso ansteigende Tendenz. CO -Konzentration (ppm) Jan Apr Jul Nov Feb 1 Mai 1 Sep 1 Dez 1 Mrz Jun Okt Jan Apr Aug Nov Feb Mai Sep Dez Mrz Jul Okt Jan Apr Aug Nov Feb Jun Sep Dez Mrz Jul Okt Jan 9 Mai 9 Aug 9 Nov 9 Feb Jun Sep Dez Apr 11 Jul 11 Okt 11 Jan LITERATURVERZEICHNIS Beck, E.-G., : e kontinuierliche CO -Messung auf Mauna Loa Kurzfassung. / Energy % Environment, Volume 19 No.. Engelmann, F, : Klimaveränderungen in Thüringen Mögliche Auswirkungen auf phänologische Phasen wildwachsender Pflanzen, Bachelorarbeit, Universität Leipzig, Institut für Meteorologie, Kooperation mit Deutschem Wetterdienst. Max-Planck-Institut für Biogeochemie, : Wetterstation Beutenberg. Jena, (1..). NOAA Earth System Research Laboratory (ESRL),, CO -Messungen auf dem Mauna Loa, StatesofAmerica&index=MLO19N-AA&para=CO&param=&select=inventory (1..). TLUG, 11: Analyse des Standes und prognostizierte Entwicklung der Treibhausgas-Emissionen in Thüringen. Bezugsjahr und Prognose /. 1. August 11. Umweltbundesamt, : CO -Messungen auf dem Schauinsland. Luft-Messnetz Datenzentrale, D- Langen.

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