KLIMAÄNDERUNG UND PHÄNOLOGIE IN EUROPA Katalin VÁGÓ SPREMEMBE PODNEBJA IN FENOLOGIJA V EVROPI CLIMATE CHANGE AND PHÄNOLOGIE IN EUROPE

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1 KLIMAÄNDERUNG UND PHÄNOLOGIE IN EUROPA Katalin VÁGÓ AUSZUG Im letzten Jahrzehnt hat die Phänologie wieder stark an Bedeutung gewonnen, was im Wesentlichen auf zwei Gründe zurückzuführen ist. Zum einen werden in der Fernerkundung Bodenbeobachtungen benötigt, die es ermöglichen Satellitendaten zu eichen. Zum anderen werden zunehmend Bioindikatoren gesucht, an denen sich die Auswirkungen von Klimaänderungen nachweisen lassen. Für beide Aufgaben sind phänologische Beobachtungen prädestiniert. SPREMEMBE PODNEBJA IN FENOLOGIJA V EVROPI IZVLEČEK Fenologija je v zadnjem desetletju ponovna pridobila na svojem pomenu, kar je v glavnem pogojeno z dvema razlogoma. Najprej je v preučevanju na daljavo nujno potrebno tudi opazovanje tal, kar omogoča kalibracijo satelitskih podatkov. Na drugi strani pa se pospešeno iščejo bio-kazalniki na osnovi katerih bi lahko dokazali učinke, ki jih povzročajo spremembe podnebja. Fenološka opazovanja so najbolje primerna za opravljanje obeh nalog. CLIMATE CHANGE AND PHÄNOLOGIE IN EUROPE ABSTRACT Since the end of the 1980s strong changes in air temperature have been observed in Europe. Mainly the temperatures in winter and in the early spring, which are decisive for the plant development in spring, changed distinctly. Most of the last years were warmer than the long-term averages. These observed changes in temperature correspond well to changes in the circulation pattern over Europe. The increased frequency of positive phases in the North Atlantic Oscillation (NAO) index since 1989 led to milder temperatures in winter and in the early spring, because of the prevailing westerly winds from the Atlantic Ocean during this time of the year. 1. EINLEITUNG Die Phänologie ist die Lehre von den jahreszeitlich wiederkehrenden Entwicklungsstadien in der Pflanzen- und Tierwelt. Ihre Abhängigkeit von Umweltbedingungen insbesondere von Witterung und Klima spiegelt sich im jahreszeitlichen Beginn und Ende der jeweiligen Entwicklungsstadien wider. Deshalb sind phänologische Beobachtungen in den mittleren und höheren Breiten sensitive Bioindikatoren für Klimaänderungen. Ph.D. Student, Szent István University, H-2103 Gödöllő, Páter K. u. 1 Department of Farm Management and Economics, Vago.Katalin@gtk.szie.hu

2 Phänologische Beobachtungen haben eine sehr lange Tradition. Die ältesten phänologischen Aufzeichnungen der Kirschblüte stammen aus Japan und sind auf das Jahr 705 datiert. Erwähnenswert sind auch die privaten phänologischen Aufzeichnungen der Familie Marsham aus Schottland, die über sechs Generationen hinweg von 1736 bis 1925 Pflanzenbeobachtungen durchgeführt hat. Erste flächendeckende phänologische Beobachtungen gehen auf Initiative des schwedischen Botanikers Carl von Linné zurück, der 1750 in Schweden ein Beobachtungsnetz mit 18 Stationen einrichtete, das jedoch leider nur drei Jahre lang Beobachtungen durchführte. Das erste internationale phänologische Beobachtungsnetz entstand Es war an die meteorologischen Beobachtungen der "Societas Meteorologica Palatina" zu Mannheim geknüpft und umfasste 32 Stationen, die in einem Gebiet von Nordamerika bis zum Ural und von Grönland bis zum Mittelmeer lagen wurden die Beobachtungen leider wieder eingestellt. Erst im Jahr 1882 gelang H. Hoffmann und E. Ihne ein Durchbruch in der Phänologie. Auf ihre Initiative hin wurden seit 1883 nach einheitlichen Richtlinien phänologische Beobachtungen in ganz Europa durchgeführt, die in einer fortlaufenden Reihe bis 1941 veröffentlicht wurden. 2. MATERIAL UND ARBEITSMETHODEN Ein bekanntes Problem bei der Beobachtung phänologischer Phasen besteht darin, dass die Pflanzen infolge genetischer Unterschiede sehr verschieden auf die Witterung reagieren können. So kann gelegentlich beobachtet werden, dass zwei gleiche, beieinander stehende Bäume unterschiedlich weit in der Entwicklung fortgeschritten sind. Diesen Umstand berücksichtigend, wurde - auf Anregung der agrarmeteorologischen Kommission der WMO im Jahre durch Fritz Schnelle und Ernst Volkert ein einzigartiges phänologisches Beobachtungsnetz gegründet: die Internationalen Phänologischen Gärten Europas (IPG). Die Idee der IPG bestand darin, großräumige und standardisierte phänologische Beobachtungen durchzuführen. Um genetische Einflüsse auszuschließen, wurde angeregt in allen Gärten vegetativ vermehrte Bäume und Sträucher anzupflanzen. Hierzu musste ein Muttergarten eingerichtet werden, der die Vermehrung, Aufzucht und den Versand der Pflanzen übernahm. Nach einigen Jahren der Vorbereitung wurde bereits 1959 der erste Phänologische Garten in Offenbach gegründet, dem schnell weitere Gärten in ganz Europa folgten. Alle IPGs wurden in einem ähnlichen Umfeld etabliert (überwiegend ebene Fläche mit Wiesen und einigen Bäumen), detaillierte Beobachteranleitungen wurden herausgegeben und professionelles Personal aus Instituten, botanischen Gärten etc. als Beobachter gewonnen. Die Ausdehnung des Netzes umfasst 68 IPG in 18 Ländern Europas. (Abbildung 1.) Heute besteht das IPG-Netz noch aus 68 aktiven Stationen, wobei die längste Reihe am IPG-Offenbach jetzt immerhin schon 42 Beobachtungsjahre umfasst. Seit der Gründung des Beobachtungsnetzes konnten somit mehr als Beobachtungsdaten von 23 Pflanzenarten verschiedener Sorten und Herkünfte in der Datenbank gespeichert werden. Das Ziel ist zu zeigen, wie die Pflanzen auf die rezente Klimaentwicklung reagieren und wie stark der Zusammenhang zwischen Temperaturänderung und Pflanzenentwicklung ist.

3 Veränderungen in der Phänologie landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Kulturen sind von noch größerer Bedeutung als die beobachteten Trends in der natürlichen Vegetation, da hierdurch die Erträge beeinflusst werden können. Im Obstbau ist beispielsweise ein zeitiger Blühbeginn zugleich mit einem erhöhten Spätfrostrisiko verbunden, was direkte ökonomische Auswirkungen für die Betriebe haben kann. Quelle: HU Berlin Abbildung 1. Die Internationalen Phänologischen Gärten in Europa Slika 1: Fenologija v Evropi Graph 1. IPG Stations in Europa Die Eintrittstermine der phänologischen Phasen sind ein "Indikator" für die Wirkungen von Witterung und Klima sowie anderer Umweltfaktoren auf die Pflanzenentwicklung. Nach der Winterruhe der Pflanzen (Dormanz) fördern die zunehmende Tageslänge und ansteigende Temperaturen zum Winterende und im zeitigen Frühjahr die Entwicklungsvorgänge in der Pflanze und führen zum Austrieb der Knospen, Blätter und Blüten. Diese jährlich wiederkehrenden Entwicklungsprozesse (phänologische Phasen) werden von Phänologen beobachtet und zeitlich festgehalten. Damit werden phänologische Beobachtungen zu sensiblen Indikatoren von Klimaänderungen. Sie widerspiegeln rasch die Reaktion der Natur auf klimatische Veränderungen.

4 3. ERGEBNISSE Diese einfach zu gewinnenden phänologischen Daten erweisen sich heute von großem Wert, nicht zuletzt für fundamentale Fragen in der Debatte um den globalen Klimawandel und den damit verbundenen Auswirkungen auf die Natur. Phänologische Beobachtungen werden daher herangezogen zur Eichung von Fernerkundungsdaten, für den Nachweis von Klimaänderungen in natürlichen und gestalteten Ökosystemen, zur Modellierung der Vegetationsentwicklung in verschiedensten Modellklassen (u.a. Klimamodelle, Wasserhaushaltsmodelle, Ertragsmodelle) für die Pollenflugvorhersage und zum Monitoring von Umweltveränderungen Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich stichpunktartig wie folgt zusammenfassen: 1. Der Frühling zieht in Europa mit einer Geschwindigkeit von 44 km/d von S nach N, mit 200 km/d von W nach E und mit 32 m/d mit zunehmender Höhe ein. 2. Der mittlere Vegetationsbeginn in Europa hat sich in den letzten 30 Jahren um 8 Tage verfrüht, wobei eine Häufung früher Termine seit dem Ende der 80er Jahre beobachtet wird. 3. In fast allen Naturräumen zeigen sich Verfrühungen im Vegetationsbeginn, lediglich in SE-Europa wurden Verspätungen beobachtet. Der stärkste Trend zur Verfrühung wurde für Mitteleuropa beobachtet. 4. Eine Erwärmung im zeitigen Frühjahr um 1 K (Februar - April) führt zu einer Verfrühung des Vegetationsbeginns um ca. 7 Tage. 5. Das Vegetationsende zeigt in fast allen Naturräumen die Tendenz zu Verspätungen, die jedoch größtenteils nicht statistisch gesichert sind. 6. Infolge des vor allem zeitigeren Vegetationsbeginns ergibt sich in 7 von 11 Naturräumen ein signifikanter Trend zu einer Verlängerung der Vegetationsperiode. 7. Die mittlere Vegetationsperiode dauert in Europa 188 Tage (Beginn: , Ende: ) und verlängert sich mit Zunahme der Jahresmitteltemperatur um 1 K um 5 Tage. 8. Die Trends in der Vegetationsentwicklung korrespondieren gut mit Veränderungen der Zirkulation und der Lufttemperatur im Spätwinter und Frühling (Februar bis April). 9. Die Zusammenhänge zwischen Anomalien im Temperaturfeld über Europa und der regionalen Vegetationsentwicklung im Frühjahr sind hoch.

5 10. In der Mehrzahl der Fälle führen positive bzw. negative Temperaturanomalien in ganz Europa zu entsprechenden Verfrühungen und Verspätungen in der Vegetationsentwicklung. Als gesichert gilt eine deutliche Verfrühung das Vegetationsbeginns in Europa (Termin der Blattentfaltung der meisten Gehölze). Eine Zunahme der mittleren Lufttemperatur zwischen Februar und April (T24) um 1 K führt zu einer Verfrühung des mittleren Vegetationsbeginns in Europa um 7 Tage. Maßgeblich durch den zeitigen Vegetationsbeginn bedingt, ergibt sich eine Verlängerung der Vegetationsperiode (Zeitraum zwischen Blattentfaltung und Blattfall) um 3.5 Tage pro Jahrzehnt (p<0.01). Die Verlängerung der Vegetationszeit ist für fast alle Naturräume in Europa nachweisbar, wobei gewisse regionale Unterschiede existieren. Quelle: HU Berlin Abbildung 2. Trends im mittleren Beginn (B), Ende (E) und in der Länge (L) der Vegetationsperiode in Europa, Grap 2. Trends in average beginning (B), end (E) and length (L) of growing season in Europe ZUSAMMENFASSUNG Seit dem Ende der 1980er Jahre zeigen sich europaweit deutliche Veränderungen in den Eintrittsterminen phänologischer Phasen - wie beispielsweise in der Blüte und dem Beginn der Blattentfaltung von Gehölzen - die in direktem Zusammenhang mit Veränderungen der Lufttemperatur im zeitigen Frühjahr stehen. Diese wiederum resultieren aus geänderten Zirkulationsverhältnissen über Europa, die sich beispielsweise im NAO-Index nachweisen lassen. Als gesichert gilt eine deutliche Verfrühung das Vegetationsbeginns in Europa (Termin der Blattentfaltung der meisten Gehölze). Eine Zunahme der mittleren Lufttemperatur zwischen Februar und April (T24) um 1 K führt zu einer Verfrühung des mittleren Vegetationsbeginns in Europa um 7 Tage. Maßgeblich durch den zeitigen

6 Vegetationsbeginn bedingt, ergibt sich eine Verlängerung der Vegetationsperiode (Zeitraum zwischen Blattentfaltung und Blattfall) um 3.5 Tage pro Jahrzehnt (p<0.01). Die Verlängerung der Vegetationszeit ist für fast alle Naturräume in Europa nachweisbar, wobei gewisse regionale Unterschiede existieren. 6. LITERATUR Chmielewski, F.-M. (2001) Markante Veränderungen in der Vegetationsentwicklung seit dem Ende der achtziger Jahre. Mitteilungen der DMG, Traben-Trarbach, 1, 5-7. Chmielewski, F.-M.; Rötzer, T. (2001) Response of tree phenology to climate change across Europe. Agricultural and Forest Meteorology 108, Chmielewski, F.-M.; Rötzer, T. (2002) Annual and spatial variability of the beginning of growing season in Europe in relation to air temperature changes. Clim. Res. 19, 1, Claussen, M; Cramer, W (2001) Change of global vegetation. Climate of the 21 st Century: Changes and Risks. Wissenschaftliche Auswertungen, Hamburg, Gerstengarbe, F-W.; Österle, H.; Werner, P.C. (2000) Wie erkennt man signifikante Klimaänderunssignale? Klimastatusbericht DWD, Offenbach, Hupfer, P.; Chmielewski, F.-M. (1990) Das Klima von Berlin. Akademie-Verlag, Berlin, 288. S. Rapp, J. (2000) Konzeption, Problematik und Ergebnisse klimatologischer Trendanalysen für Europa und Deutschland, DWD 212, Offenbach, 145. S. Rötzer, T.; Chmielewski, F.-M. (2001) Phenological maps of Europe. Clim. Res. 18, 3,