Ministerium für Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt. Abschlussbericht

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1 Ministerium für Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie Abschlussbericht Zum Forschungsvorhaben des(r) Ministerium für Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt, Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie REKLI III Optimierung der Klimadatenbank REKLI für die Auswertungen temperaturbezogener Klimagrößen und Erweiterung für wetterla- genabhängige Analysen von Klimaelementen Prof. Dr. Ch. Bernhofer (Projektleiter) Dr. Valeri Goldberg Dipl.- Geogr. Johannes Franke Institut für Hydrologie und Meteorologie Technische Universität Dresden Chemnitzer Str. 46b 1187 Dresden Dresden, November

2 INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS 2 TABELLENVERZEICHNIS 3 1 EINLEITUNG Aufgabenstellung Zielsetzung 4 2 MATERIAL UND METHODEN 4 3 ERGEBNISSE 3.1 Häufigkeitsanalyse Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der subjektiven Wetterlagen nach HESS und BREZOWSKY für die Zeiträume und Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der Großwettertypen und Zirkulationsformen nach HESS und BREZOWSKY für die Zeiträume und Analyse von Wetterlagencharakteristika Wetterlagenspezifische Trends für Niederschlag und Temperatur für Thüringen (Klassifikation nach HESS und BREZOWSKY) Zusammenfassung der Wetterlagenanalysen nach HESS und BREZOWSKY 3.4 Bestimmung von Vegetationsperioden Vegetationsperioden Forstliche Vegetationszeit 17 4 LITERATURLISTE 18 ANHANG 18.1 Anhang der Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der subjektiven Wetterlagen nach HESS und BREZOWSKY für die Zeiträume und Anhang der Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der Großwettertypen und Zirkulationsformen nach HESS und BREZOWSKY für die Zeiträume und 191 1

3 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der subjektiven Wetterlagen nach HESS und BREZOWSKY für die Zeiträume und 191 ; Bezugszeitraum Jahr... 6 Abbildung 2: Relative Häufigkeiten des Auftretens der zyklonalen Westlage in den meteorolog. Halbjahren (1882-4)... 8 Abbildung 3: relativer Trend des Niederschlags [%] für die BM im meteorologischen Sommerhalbjahr in Thüringen (191 ) Abbildung 4: relativer Trend des Niederschlags [%] für die BM im Sommer in Thüringen (191 ) Abbildung : relativer Trend des Niederschlags [%] der WZ im Winter für Thüringen (191 ) Abbildung 6: relativer Trend des Niederschlags [%] der SWZ im meteorologischen Winterhalbjahr in Thüringen (191 ) Abbildung 7: Signifikanz des Trends vom Niederschlag der BM im Sommer in Thüringen (191 ) Abbildung 8: Signifikanz des Trends vom Niederschlag der SWZ im meteorologischen Winterhalbjahr in Thüringen (191 ) Abbildung 9: absoluter Trend der mittleren Temperatur [ C] der TRM im Herbst in Thüringen (191 ) Abbildung : absoluter Trend der mittleren Temperatur [ C] der WZ im Winter in Thüringen (191 ) Abbildung 11: absoluter Trend der mittleren Temperatur [ C] der TRM im meteorologischem Winterhalbjahr in Thüringen (191 ) Abbildung 12: absoluter Trend der mittleren Temperatur [ C] der BM im meteorologischem Sommerhalbjahr in Thüringen (191 ) Abbildung 13: Signifikanz des Trends der mittleren Temperatur der WZ im Winter in Thüringen (191 )... Abbildung 14: Beginn der Vegetationsperiode in Thüringen (1971 ) Abbildung : Ende der Vegetationsperiode in Thüringen (1971 ) Abbildung 16: Beginn der forstlichen Vegetationszeit (1971 ) Abbildung 17: Ende der forstlichen Vegetationszeit (1971 ) Abbildung 18: Bezugszeitraum Frühling Abbildung 19: Bezugszeitraum Sommer Abbildung : Bezugszeitraum Herbst Abbildung 21: Bezugszeitraum Winter Abbildung 22: Bezugszeitraum meteorologisches Sommerhalbjahr... Abbildung 23: Bezugszeitraum metrologisches Winterhalbjahr... Abbildung 24: Bezugszeitraum Jahr Abbildung 2: Bezugszeitraum Frühjahr Abbildung 26: Bezugszeitraum Sommer Abbildung 27: Bezugszeitraum Herbst Abbildung 28: Bezugszeitraum Winter Abbildung 29: Bezugszeitraum meteorologisches Winterhalbjahr Abbildung 3: Bezugszeitraum meteorologisches Sommerhalbjahr Abbildung 31: Signifikanz des Trends vom Niederschlag der BM im meteorologischen Sommerhalbjahr in Thüringen (191 )

4 Abbildung 32: Signifikanz des Trends vom Niederschlag der WZ im Winter in Thüringen (191 ) Abbildung 33: Signifikanz des Trends der mittleren Temperatur der BM im meteorologischen Sommerhalbjahr in Thüringen (191 )... 2 Abbildung 34: Signifikanz des Trends der mittleren Temperatur der TRM im Herbst in Thüringen (191 )... 2 Abbildung 3: Signifikanz des Trends der mittleren Temperatur der TRM im meteorologischen Winterhalbjahr in Thüringen (191 )... 2 Tabellenverzeichnis Tabelle 1:Übersicht über die Großwetterlagen nach HESS und BREZOWSKY 6 3

5 1 Einleitung 1.1 Aufgabenstellung Für Untersuchungen der Zeitreihen der Temperatur der Thüringer Klimadatenbank wurden Module in das bestehende Datenbanksystem aus dem Projekt REKLI (Bernhofer et. al., 3) implementiert. Schwerpunkt sind dabei temperaturabgeleitete Größen (z.b. Beginn der Vegetationsperiode). Weiterhin sind in das genannte Datenbanksystem Zeitreihen von Wetterlagen nach den Klassifikationen HESS & BREZOWSKY und ENKE assimiliert. Darauf aufbauend wurde ein Auswertetool geschaffen, mit dem für verschiedene Zeiträume statistische Auswertungen und davon abgeleitet Aussagen zu Änderungen in der Häufigkeit von Wetterlagen durchgeführt werden können. Durch die Verbindung mit den Niederschlags- und Temperaturreihen in der Thüringer Klimadatenbank sind Veränderungen innerhalb der Wetterlagencharakteristik analysierbar. Alle Ergebnisse sind in einer für die externe Visualisierung geeigneten Form verfügbar gemacht. Durch die Implementierung der Module ist ein ständiges Nachführen der zeitnahen Bewertung gewährleistet. 1.2 Zielsetzung Aufbauend auf den bereits vorhanden Analyseformen für temperaturabgeleitete Größen sind diese dahingehend erweitert worden, dass durch Eingabe von Schwellenwerten Eintrittstermine im Kalenderjahr identifizierbar sind. Durch den Vergleich von Perioden lassen sich dahingehend Verschiebungen feststellen. Am Beispiel der Vegetationsperiode konnten somit die Termine des Beginns, des Endes - sowie daraus abgeleitet - der Länge identifiziert werden. Die Untersuchungen bezogen sich dabei auf einen frei wählbaren Untersuchungszeitraum. Für die Wetterlagenanalyse ist für die Thüringer Klimadatenbank ein Statistiktool entwickelt worden, welches im Ergebnis relative/ absolute Häufigkeiten von Wetterlagen verschiedener Subzeiträume in frei wählbaren Perioden ermöglicht. Durch die Kopplung an Temperaturund Niederschlagszeitreihen sind die subjektiven und objektiven Wetterlagen im Zusammenhang klimatischer Veränderungen in Thüringen analysierbar. 2 Material und Methoden Die Handhabungen der implementierten Module sind ausführlich in dem mitgelieferten Handbuch zur Klimadatenbank dargelegt. In diesem Zusammenhang wird an dieser Stelle nur darauf verwiesen. 4

6 3 Ergebnisse 3.1 Häufigkeitsanalyse Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der subjektiven Wetterlagen nach HESS und BREZOWSKY für die Zeiträume und 191 Nach BAUR ist eine Großwetterlage die mittlere Luftverteilung eines Großraumes, mindestens von der Größe Europas während eines mehrtägigen Zeitraumes. HESS und BREZOWSKY legten BAURs Großwetterkalender zur Grundlage ihrer Einteilung und erweiterten ihn. Tabelle 1 listet 29 klassifizierbare Wetterlagen auf. Es sind ihre Nummer, Bezeichnung und Abkürzungen angegeben. Die Abkürzung U steht für Wetterlagen, deren Druckbild keiner Großwetterlage zugeordnet werden konnte. Tabelle 1:Übersicht über die Großwetterlagen nach HESS und BREZOWSKY Bezeichnung Abkürzung A Großwetterlagen der zonalen Zirkulationsform 1 Westlage, antizyklonal WA 2 Westlage, zyklonal WZ 3 Südliche Westlage WS 4 Winkelförmige Westlage WW B Großwetterlagen der gemischten Zirkulationsform Südwestlage, antizyklonal SWA 6 Südwestlage, zyklonal SWZ 7 Nordwestlage, antizyklonal NWA 8 Nordwestlage, zyklonal NWZ 9 Hoch Mitteleuropa HM Hochbrücke (Rücken) Mitteleuropa BM 11 Tief Mitteleuropa TM C Großwetterlagen der meridionalen Zirkulationsform 12 Nordlage, antizyklonal NA 13 Nordlage, zyklonal NZ 14 Hoch Nordmeer, antizyklonal HNA Hoch Nordmeer, zyklonal HNZ 16 Hoch Britische Inseln HB 17 Trog Mitteleuropa TRM 18 Nordostlage, antizyklonal NEA 19 Nordostlage, zyklonal NEZ Hoch Fennoskandien, antizyklonal HFA 21 Hoch Fennoskandien, zyklonal HFZ 22 Hoch Nordmeer Fennoskandien, antizyklonal HNFA 23 Hoch Nordmeer Fennoskandien, zyklonal HNFZ 24 Südostlage, antizyklonal SEA 2 Südostlage, zyklonal SEZ

7 26 Südlage, antizyklonal SA 27 Südlage, zyklonal SZ 28 Tief Britische Inseln TB 29 3 Trog Westeuropa Übergang TRW U Es wurden die Häufigkeiten der Wetterlagen nach HESS und BREZOWSKY in den Zeiträumen von 191 bis 19 und 191 bis gegenübergestellt. Es wurden dabei verschiedenen Subzeiträume untersucht. Die Diagramme der relativen Häufigkeit für die Jahreszeiten und die meteorologischen Halbjahre sind im Anhang zusammen gestellt Großwetterlagen Hess/Brezowsky Abbildung 1: Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der subjektiven Wetterlagen nach HESS und BREZOWSKY für die Zeiträume und 191 ; Bezugszeitraum Jahr Kalenderjahr Im Vergleich über das gesamte Kalenderjahr (Abb. 1) ist zu erkennen, dass die am häufigsten auftretende WL 2, die zyklonale Westlage (WZ), keine Änderung erfährt. Sie ist die dominierende Wetterlage für Mitteleuropa und somit sehr wetterwirksam. Die maritimen Luftmassen, die durch diese Wetterlage nach Europa strömen, sorgen für überdurchschnittlichen Niederschlag. Über das gesamte Jahr ist die Häufigkeit des Auftretens der WZ konstant. Wetterla- 6

8 gen, die ebenfalls keine größere Veränderung zeigen sind die WL 1, die antizyklonale Westlage (WA) und die WL 16, das Hoch der Britischen Inseln (HB). Eine deutliche Zunahme im zweiten Zeitabschnitt zeigt die WL 6, die zyklonale Südwestlage (SWZ). Sie kommt 3 mal häufiger vor als im ersten Zeitabschnitt, was eine Zunahme der maritimen Tropenluft bedeutet und somit für eine Erwärmung und eine Zunahme der Niederschläge spricht. Um 1/3 haben sich die WL, die Hochdruckbrücke Mitteleuropa (BM) und WL 29, der Trog Westeuropa (TRW) gesteigert. Die Wetterlage TRW ist durch übernormale Wärme sowie Feuchte charakterisiert. Durch eine Abnahme der Häufigkeit fallen besonders die WL 7, die antizyklonale Nordwestlage (NWA) und WL 9, das Hoch Mitteleuropa (HM) auf. NWA sorgt für kältere Temperaturen als normal erwartet wird. Eine Abnahme dieser Wetterlage, kann somit ebenfalls zu einer Erwärmung der zweiten Zeitperiode führen. Die weiteren Wetterlagen unterliegen in der Jahresbetrachtung nur geringen Schwankung. U.a. sprechen die Zunahmen der Wetterlagen SWZ, BM und TRW i. Allg. für eine Erhöhung der Temperatur für die Jahre 191 bis. Jahreszeiten Im Subzeitraum Frühling fallen durch eine besonders große Zunahme im zweiten Zeitabschnitt die Wetterlagen SWZ, BM und TRW auf. Somit kann mit überdurchschnittlich wärmeren Frühjahren im zweiten Zeitabschnitt gerechnet werden. Besonders SWZ bringt maritime tropische Luftmassen nach Europa, was für diese Region eine feuchtere und wärmere Witterung bedeutet. Es ist zu sehen, dass die WZ deutlich in diesem Subzeitraum zurück geht, was einer Abnahme der Niederschlagssummen bedeutet. Im Subzeitraum Sommer ist ebenfalls eine deutliche Zunahme der Wetterlagen SWZ, BM und TRW zu erkennen. Weiterhin zeigen die Wetterlagen, die antizyklonale Südwestlage (SWA) und 17, der Trog Mitteleuropa (TRM) eine deutlich erhöhte Häufigkeit. Aus der veränderten Konstellation der Zirkulationsmuster heraus hat sich insbesondere in den letzten Jahren eine generelle Abnahme der Niederschlagssummen gezeigt, wobei dies von Lagebedingungen lokal kompensiert werden kann und zunehmend kürzere Intensivniederschläge auftraten. Im Subzeitraum Herbst sind die Wetterlagen SWZ, TRM und TRW mit einer erhöhten Häufigkeit registriert. Auffallend ist, dass die Wetterlage BM eine Abnahme zeigt, dagegen die Wetterlage WZ häufiger Auftritt als im ersten Zeitraum. Von den Veränderungen der Häufigkeiten der Wetterlagen ausgehend, ist der Herbst im zweiten Zeitraum eher durch einen Nulltrend und Niederschlagszunahmen bestimmt. Für den Winterzeitraum hat besonders die Wetterlage WZ im zweiten Zeitraum an Häufigkeit gewonnen (Häufigkeit steigt von auf %). Dies bedeutet ein deutlich erhöhtes Vorkommen maritimer Luftmassen und somit eine signifikante Zunahme des Niederschlages. Parallel dazu stellen sich mildere Temperaturen ein. Bei einem bestimmten Ausgangsniveau 7

9 kann dies regional großen Temperaturzunahmen im Winter entsprechen. Deutliche Abnahmen vom ersten zum zweiten Zeitraum sind bei den Wetterlagen HM und HFM, dem antizyklonalen Hoch Fennoskandien zu erkennen. Für den Winter bedeutet ein Rückgang des Einflusses kontinentaler Luftmassen mildere Temperaturen. meteorologische Halbjahre Besonders auffällig zeigt sich die Entwicklung des Auftretens der zyklonalen Westlage für die meteorologischen Halbjahre (vgl. Abb. 2). In der Gesamtbetrachtung des meteorologischen Winterhalbjahres wird die Erhöhung der Häufigkeit der WZ nochmals deutlich. Weitere Zunahmen sind bei den Wetterlagen SWZ, BM, TRM und TRW zu sehen. Die Wetterlage die besonders abnimmt, ist HM. Diese Konstellationen bringen mehr maritime Tropenluft nach Mitteleuropa. Somit wird das Winterhalbjahr im zweiten Zeitabschnitt wärmer und feuchter sein als der erste. 3 2 rel Häufigkeit [%] metsohj (Tiefpassfilter, m=11) metwihj (Tiefpassfilter, m=11) Abbildung 2: Relative Häufigkeiten des Auftretens der zyklonalen Westlage in den meteorolog. Halbjahren (1882-4) In Abbildung 2 sind die tiefpassgefilterten (11 Filtergewichte) relativen Häufigkeiten der zyklonalen Westlage für die meteorologischen Halbjahre Sommer und Winter für den Zeitraum 1882 bis 4 dargestellt. Charakteristisch zeigt sich eine deutliche Zunahme im Winterhalbjahr gegenüber des Sommerhalbjahres in den vergangenen 3 Jahren. Dies stellt gegenüber der historischen Zeit eine Umkehrung der Verhältnisse dar. 8

10 Generell zeigt sich im längerfristigen Trend ein gegenläufiges Verhalten dahingehend, dass im Sommerhalbjahr das Auftreten zyklonaler Westlagen abnimmt und im Winterhalbjahr häufiger wird. In Verbindung mit dem wetterlagenspezifischen Niederschlagsgeschehen entspricht dieses Trendverhalten dem im Untersuchungsgebiet identifizierten Trendverhaltens des Niederschlags bei wetterlagenunabhängiger Betrachtung. Generell werden die lokalen Auswirkungen von vorherrschenden Wetterlagen durch Lagefaktoren im Raum variiert. Somit zeigt sich eine Notwendigkeit die Charakteristik von Zirkulationsmustern mittelmaßstäbig durch Bodenmessungen von Klimaelementen zu belegen und zu analysieren Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der Großwettertypen und Zirkulationsformen nach HESS und BRE- ZOWSKY für die Zeiträume und 191 Die Diagramme der Großwettertypen und Zirkulationsformen sind im Anhang zusammen gestellt. Kalenderjahr Über das gesamte Jahr betrachtet sind die Zirkulationsformen trendfrei. Bei den Großwettertypen ist eine deutliche Trendzunahme für SüdWest zu erkennen, was für eine positive Trendentwicklung der Temperatur spricht, da diese Wetterlage eine Zunahme der maritimer Tropenluft mit sich bringt. Das geringere Auftreten der Wettertypen NordWest verstärkt diese Annahme. Bei den weiteren Großwettertypen sind nur geringfügige Schwankungen von der ersten zur zweiten Zeitperiode zu erkennen. Jahreszeiten Im Frühjahr ist die Zirkulationsform zonal deutlich zurückgegangen, die gemischtem haben dagegen eine leichte Zunahme erfahren. Die Großwettertypen West, HochME und Nord nehmen ab. Es ist wieder eine deutliche Steigerung des Großwettertyps SüdWest registriert. Der Großwettertyp SüdOst ist ebenfalls gestiegen. Die Entwicklungen der Wettertypen und Zirkulationsformen sprechen für eine Erwärmung des Frühjahrs im zweiten Zeitabschnitt, da besonders das Auftreten tropischer Luftmassen zunimmt. Der Sommer weist bei den Zirkulationsformen zonal und gemischt eine leichte Abnahme im zweiten Zeitabschnitt auf und für die meridionale eine Zunahme. Dies ist auch in den Trends der Großwettertypen zu sehen, da bei West und vor allem bei NordWest ein deutlicher Rückgang zu sehen ist. Dies bedeutet ein Rückgang der maritimen Luftmassen und spricht somit für eine zunehmend trockenere Witterung. Die Großwettertypen NordOst und SüdOst nehmen 9

11 im zweiten Zeitabschnitt zu. Somit treten vermehrt die kontinentalen Luftmassen tropischen und polaren Ursprungs auf. Diese Entwicklung belegt insbesondere eine zunehmende Trockenheit während des Sommers für den zweiten Zeitraum im Vergleich zum ersten. Der Herbst zeigt einen leicht positiven Trend der Zirkulationsformen zonal und gemischt. Die meridionale Zirkulationsform geht in der zweiten Zeitperiode zurück. Die Großwettertypen West und SüdWest nehmen an Häufigkeit zu, was mehr maritime Tropenluft nach Europa bringt und somit für eine leichte Erwärmung des Herbstes im zweiten Zeitabschnitt sprechen würde. Eine Abnahme bei HochME und NordOst begründet stattdessen eine Abkühlung und eine Zunahme des Niederschlags. Somit würden sich die Trendentwicklungen der Großwettertypen ausgleichen und es wird kein Trend der Temperatur für den zweiten Zeitabschnitt erwartet. Für den Subzeitraum Winter ist bei der zonalen Zirkulationsform eine leichte Zunahme verzeichnet und bei gemischt und meridional eine leichte Abnahmen. Die Zunahme bei den Großwettertypen West und SüdWest, sowie die Abnahme bei HochME, NordOst und SüdOst lässt die generelle Erwärmung des Winters für die zweite Zeitperiode zu und eine Zunahme des Niederschlags. Denn durch West und SüdWest Wetterlagen werden die maritimen Tropenluftmassen zunehmen und ein geringeres Auftreten von HochME, NordOst und SüdOst bringt weniger kontinentale Polarluft nach Mitteleuropa. meteorologische Halbjahre Generell ist für das meteorologische Winterhalbjahr eine leichte Zunahme der zonalen Zirkulationsform und eine geringe Steigerung der meridionalen registriert. Die gemischte Zirkulationsform lässt keine Veränderung vermuten. Die Entwicklungen der Großwettertypen spiegeln die der Zirkulationsformen wieder. Somit ist zunächst eine Zunahme bei West sichtbar. Die Großwettertypen der gemischten Zirkulationsform gleichen sich in der Summe aus, im einzelnen unterliegen sie großen Schwankungen. So ist bei SüdWest ein deutlicher Anstieg zu erkennen, dagegen bei HochME ein Rückgang. Bei den meridionalen Zirkulationsformen nehmen NordOst und SüdOst leicht ab. Generell würden diese Trendentwicklungen im zweiten Zeitabschnitt für eine Zunahme der maritimen Tropenluft und einer Abnahme der kontinentalen Polarluft bedeuten, was eine Erwärmung und eine Zunahme des Niederschlags für den meteorologischen Winter mit sich bringt. Für das meteorologische Sommerhalbjahr ist zu erkennen, dass die zonale Zirkulationsform in der zweiten Zeitperiode zurückgegangen ist und gemischt sowie meridional leicht zugenommen haben. Dies bedeutet auch ein Rückgang bei dem Großwettertyp West. Des weiteren nehmen die Großwettertypen NordWest und Nord ab. Wodurch die maritimen Luftmassen im meteorologischen Sommerhalbjahr seltener auftreten. Dagegen ist eine deutliche Zunahme bei SüdWest und SüdOst in den Jahren 191 bis zu erkennen, was für einen vermehrten Einfluss der tropischen Luftmassen spricht. Somit sind die für den meteorologischen Sommer

12 des zweiten Zeitabschnittes höheren Temperaturen und geringeren Niederschlagssummen nachvollziehbar. 3.2 Analyse von Wetterlagencharakteristika Wetterlagenspezifische Trends für Niederschlag und Temperatur für Thüringen (Klassifikation nach HESS und BREZOWSKY) Um die Wetterlagencharakteristik darzustellen, wurden für den Niederschlag und die mittlere Temperatur einige Beispiele für Thüringen mit dem Zeitraum 191 ausgewählt. Die Wetterlagen nach HESS und BREZOWSKY wurden nach ihren Eigenschaften und ihrer Häufigkeit ausgewählt. Wobei eine Zunahme in den Jahren 191 im Vergleich zu den Jahren ausschlaggebend war (siehe Kapitel Häufigkeitsanalyse). Für den Niederschlag wurde der relative Trend und seine Signifikanz berechnet und für die Temperatur der absolute Trend, sowie seine jeweilige Signifikanz. Niederschlag (relativer Trend) Es wurde der relative Trend für die WL, der Hochdruckbrücke Mitteleuropa (BM), für den Subzeitraum des meteorologischen Sommerhalbjahres berechnet. Diese Wetterlage hat ihre Häufigkeit in den Jahren 191 bis im Vergleich zu den vorherigen Jahren nahezu verdoppelt. Generell bringt diese Wetterlage geringe Niederschlagswerte mit sich, wobei Abbildung 3 flächendeckend starke Niederschlagszunahmen für Thüringen im Sommerhalbjahr zeigt. Ebenfalls für die Wetterlage BM wurde der relative Trend des Niederschlags für das Sommerquartal berechnet (Abb. 4). Im Gegensatz zu Abbildung 3 zeigen sich zwar gleichgerichtet Trends, welche aber in ihrer Stärke zwischen mittelgebirgsbeeinflussten Gebieten und Tieflandsbereichen deutlich variieren. 11

13 Abbildung 3: relativer Trend des Niederschlags [%] für die BM im meteorologischen Sommerhalbjahr in Thüringen (191 ) Abbildung 4: relativer Trend des Niederschlags [%] für die BM im Sommer in Thüringen (191 ) Für die WL 2, der zyklonalen Westwetterlage (WZ), wurde der relative Trend des Niederschlags für den Winter berechnet. Die zyklonale Westlage ist die am häufigsten auftretende Wetterlage in Mitteleuropa und hat besonders in den Wintermonaten um ¼ seines Auftretens zugenommen. Bei dieser Wetterlage werden höhere Niederschlagswerte im Winter registriert als im Mittel erwartet wird, da es sich um eine Zunahme der maritimen Luftmassen handelt. Es ist in ganz Thüringen ein positiver Trend von 8 bis % zu erkennen, d.h. der Niederschlag hat in den Jahren von 191 bis zugenommen, besonders im Mittelgebirgsraum. Die WL 6, die zyklonale Südwestlage (SWZ), bringt maritime Tropenluft nach Mitteleuropa, was zu einer geringen Erhöhung des Niederschlages führt. Die Häufigkeit der SWZ hat sich in den Jahren 191 bis im Vergleich zu den vorherigen Jahren verdoppelt. Der relative Trend des Niederschlags für das meteorologische Winterhalbjahr zeigt eine geringe Zunahme von bis zu 3 % für Thüringen. Dabei sind die Unterschiede zwischen dem Mittelgebirgsraum und den Flachland geringfügig. Abbildung : relativer Trend des Niederschlags [%] der WZ im Winter für Thüringen (191 ) Abbildung 6: relativer Trend des Niederschlags [%] der SWZ im meteorologischen Winterhalbjahr in Thüringen (191 ) 12

14 Niederschlag (Signifikanz des Trends) Die Berechnung der Signifikanzen der relativen Trends vom Niederschlag der Wetterlage BM des meteorologischen Sommers und Sommerhalbjahres und der WZ für den Winter ergaben hohe Signifikanzen von bis zu 4. Im Bereich des Thüringer Beckens sind die Signifikanzen geringer mit Werten von 2 bis 3. Im Raum des Thüringer Waldes und des Mittelgebirges sind die Signifikanzen höher. Dies ist in Abbildung 7, der Signifikanzberechnung für die Wetterlage BM für den Sommer zu erkennen. Hohe Signifikanzwerte stehen für einen signifikanten Trend. Die Berechnung der Signifikanz des Trends für den Niederschlag im meteorologischen Winterhalbjahr für die SWZ ist, wie in Abbildung 8 dargestellt, sehr gering. Die Signifikanz zeigt Werte von bis 1. Abbildung 7: Signifikanz des Trends vom Niederschlag der BM im Sommer in Thüringen (191 ) Abbildung 8: Signifikanz des Trends vom Niederschlag der SWZ im meteorologischen Winterhalbjahr in Thüringen (191 ) Temperatur (absoluter Trend) Die WL 17, der Trog Mitteleuropa (TRM), bringt für den Herbst in Mitteleuropa üblicherweise kältere Temperaturen als es im Mittel erwartet werden, da mit dieser Wetterlage maritime Polarluft nach Mitteleuropa strömt. In den Jahren 191 bis ist diese Wetterlage im Herbst häufiger aufgetreten als in den Jahren davor. In der Abbildung 9 sind schwache positive Trends der mittleren Temperatur für Thüringen zu erkennen. Im Bereich des Thüringer Becken ist für den Herbst kein Trend zu erkennen. Deutliche Temperaturzunahmen wurden für die Wetterlage WZ im Winter berechnet (Abbildung ). Die zyklonale Westwetterlage ist die in Mitteleuropa am häufigst auftretende Wetterlage und ist in dem Winterzeitraum in den letzten Jahren noch zahlreicher geworden. Diese Wettersituation bringt im Winter wärmere Temperaturen als im Mittel erwartet wird, u.a. ist dadurch eine deutlich höhere mittlere Temperatur in Thüringen für den Winter zu erkennen. Die Trendstärke weist mit ca. 1,2 C im Westen Thüringens und ca. 1,8 C in Ostthüringen einen deutlichen West-Ost-Gradienten auf. 13

15 Abbildung 9: absoluter Trend der mittleren Temperatur [ C] der TRM im Herbst in Thüringen (191 ) Abbildung : absoluter Trend der mittleren Temperatur [ C] der WZ im Winter in Thüringen (191 ) Mit der Wetterlage TRM werden i. Allg. im Herbst und Winter kältere Temperaturen als durchschnittlich Winter erwartet. Für das Winterhalbjahr ist in Mittelthüringen ein sehr schwacher Trend zu verzeichnen (siehe Abbildung 11), wobei Ostthüringen Temperaturzunahmen mit bis zu,8 C festzustellen sind. Die Wetterlage BM hat in den letzten Jahren eine Steigerung der Häufigkeit um nahezu das Doppelte für das meteorologische Sommerhalbjahr erreicht. Mit dieser Wetterlage werden hauptsächlich kontinentale tropische Luftmassen nach Mitteleuropa geführt und somit sind die Sommertemperaturen wärmer als sie im Mittel erwartet werden. Die Abbildung 12 zeigt einen leicht steigenden Trend für den Beckenraum und das Mittelgebirge. Für Thüringen zeigt sich in der Trendstärke ein West-Ost-Gradient. Abbildung 11: absoluter Trend der mittleren Temperatur [ C] der TRM im meteorologischen Winterhalbjahr in Thüringen (191 ) Abbildung 12: absoluter Trend der mittleren Temperatur [ C] der BM im meteorologischen Sommerhalbjahr in Thüringen (191 ) Mittlere Temperatur (Signifikanz des Trends) Die Signifikanzen der Trendentwicklungen der mittleren Temperatur der BM im meteorologischen Sommerhalbjahr, der TRM im Herbst und der TRM im meteorologischem Winterhalbjahr für Thüringen weisen keine Signifikanzen auf. Dagegen weist die Berechnung der Signi- 14

16 fikanz für den Trend der mittleren Temperatur der WZ im Winter für Thüringen (siehe Abbildung 13) Werte von 2 bis 3 auf. Abbildung 13: Signifikanz des Trends der mittleren Temperatur der WZ im Winter in Thüringen (191 ) 3.3 Zusammenfassung der Wetterlagenanalysen nach HESS und BREZOWSKY Die Untersuchung der Wetterlagen nach HESS und BREZOWSKY hat verdeutlicht, dass besonders die zyklonale Westlage für das Wetter in Mitteleuropa prägend ist. Die Häufigkeitsanalysen haben die Dominanz dieser Wetterlage bewiesen. Dabei ist hauptsächlich die zunehmende Häufigkeit der WZ im meteorologischen Winterhalbjahr seit den 196er Jahren von Bedeutung, die zu einer Zunahme des Niederschlages in diesen Monaten führt, was in der Wetterlagencharakteristik des Niederschlages gut nachzuvollziehen ist. Die tendenzielle Abnahme der WZ im Sommerhalbjahr führt zu einer Niederschlagsreduzierung im gleichen Zeitraum. Die deutliche Zunahmen der Wettelagen SWZ, BM und TRW führen ebenfalls zu Veränderungen in den Witterungen. Dies bezieht sich besonders auf höhere Temperaturen. Wie gezeigt wurde, ist in den Jahren 191 eine Erwärmung des Frühjahrs, Sommer und Winters aufgetreten, der Herbst zeigte nur geringe Tendenzen. Der Winter unterliegt der größten Erwärmung. Für die Niederschlagsentwicklung zeigen die ausgewählten Beispiele für jede Jahreszeit einen steigenden Trend. Die Stärke eines auftretenden Trends ist dabei von den lokalen Gegebenheiten wie Topographie und Oberflächenrauhigkeit abhängig. 3.4 Bestimmung von Vegetationsperioden Vegetationsperioden

17 Für Thüringen wurden die Vegetationsperioden in Abhängigkeit der Höhe betrachtet. Dafür wurden die Daten des Zeitraums von 1971 bis verwendet. Untersucht wurden der Beginn und das Ende der Vegetationsperiode. Für den Beginn der Vegetationsperiode ergibt sich die Regressionsgleichung KT 71 KT + 6 KT * H Hm = [m ü. NN]. Die Gleichung beschreibt die Abhängigkeit des Vegetationsbeginns von der Seehöhe H. Der früheste Vegetationsbeginn ist der 71 Kalendertag KT. Mit der Höhe verschiebt sich der Vegetationsbeginn um 6 KT je Höhenmeter Hm. Für das Ende der Vegetationszeit ergibt sich die Gleichung KT 3KT KT * H Hm = [m ü. NN]. Ausgehend von dem 3. KT tritt das Ende der Vegetationsperiode um KT pro Hm Höhenzunahme eher ein. Um die Abweichungen der gegebenen Gleichungen zu betrachten wird das Gütemaß der Anpassung R² angegeben. Für den Beginn der Vegetationsperiode ergab sich ein R² von.9 und für das Ende ein R² von.94. Abbildung 14: Beginn der Vegetationsperiode in Thüringen (1971 ) Abbildung : Ende der Vegetationsperiode in Thüringen (1971 ) Abbildung 14 zeigt den Beginn der Vegetationsperiode in Thüringen. Es ist in den tieferen Lagen ein früherer Vegetationsbeginn zu erkennen, der im März liegt. In den höheren Bereichen des Thüringer Waldes und Thüringer Schiefergebirges fängt die Vegetationsperiode erst Ende April an. Ein ähnliches Verhalten ist am Ende der Vegetationsperiode zu bemerken. Im Thüringer Becken ist die Vegetationsperiode, mit Zeiten bis Anfang Oktober, deutlich länger als im Mittelgebirgsbereich, wo sie nur bis Mitte September anhält. Die graphischen Darstel- 16

18 lungen spiegeln somit die bereits beschriebene Gradientenbeziehungen wieder. Denn Vegetationsperiode wird mit zunehmender Höhe kürzer Forstliche Vegetationszeit Für die forstlichen Vegetationszeiten ergaben sich folgende Regressionsgleichungen: Vegetations- -beginn: 6 m ü. NN >6 m ü. NN KT = 116 KT + 2 KT * H KT = 71 KT + KT * H KT 11 Hm R² =.2 R² =.91 -ende: KT = 289KT 3 KT * H KT = 3KT KT * H Hm 6. Hm R² =.67 R² =.93 Das Gütemaß der Anpassung erzielt für die Regressionsgeraden bis 6 m mit.2 und.67 geringere Werte, was einer größeren Schwankung der stationsbezogenen Termin gleichzusetzen ist. In der Region über 6 m ü. NN zeigt das Gütemaß mit Werten von.91 und.93 eine sehr gute Anpassung der Regressionsgerade. In den Abbildungen 16 und 17 sind die Vegetationszeiten für den Forst in Thüringen dargestellt. Abbildung 16: Beginn der forstlichen Vegetationszeit (1971 ) Abbildung 17: Ende der forstlichen Vegetationszeit (1971 ) In Abbildung 16 ist der Vegetationsbeginn zu sehen. Durchschnittlich beginnt die Vegetationszeit in Thüringen um den 1. bis 12. Kalendertag, was in den Zeitraum um Ende April bis Anfang Mai fällt. Ein deutlich späterer Beginn ist im Bereich des Thüringer Waldes und des Thüringer Schiefergebirges zu sehen. Hier beginnt die forstliche Vegetationszeit erst Ende Mai. Dem entsprechend fällt die forstliche Vegetationszeit im Thüringer Becken länger aus. 17

19 Das Ende der Vegetationszeit ist etwa Anfang Oktober. Dagegen endet die Vegetationszeit in höheren Lagen bereits Ende August. 4 Literaturliste Analog zu Kapitel 2 wird auch hier auf das mitgelieferte Handbuch Fachlicher Inhalt und Handhabung der Klimadatenbank verwiesen. An dieser Stelle ist ein ausführliches Literaturverzeichnis angefügt. Anhang.1 Anhang der Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der subjektiven Wetterlagen nach HESS und BRE- ZOWSKY für die Zeiträume und Großwetterlagen Hess/Brezowsky Abbildung 18: Bezugszeitraum Frühling 18

20 Großwetterlagen Hess/Brezowsky Abbildung 19: Bezugszeitraum Sommer Großwetterlagen Hess/Brezowsky Abbildung : Bezugszeitraum Herbst Großwetterlagen Abbildung 21: Bezugszeitraum Winter 19

21 Großwetterlagen Abbildung 22: Bezugszeitraum meteorologisches Sommerhalbjahr Großwetterlagen Abbildung 23: Bezugszeitraum metrologisches Winterhalbjahr.2 Anhang der Gegenüberstellung der relativen Häufigkeit des Auftretens der Großwettertypen und Zirkulationsformen nach HESS und BREZOWSKY für die Zeiträume und 191

22 Zirkulationsform West SüdWest NordWest HochME TiefME Nord NordOst SüdOst zonal gemischt meridional Abbildung 24: Bezugszeitraum Jahr West SüdWest NordWest HochME TiefME Nord NordOst SüdOst zonal gemischt meridional Großwettertyp Zirkulationsform Abbildung 2: Bezugszeitraum Frühjahr 21

23 West SüdWest NordWest HochME TiefME Nord NordOst SüdOst zonal gemischt meridional Großwettertyp Zirkulationsform Abbildung 26: Bezugszeitraum Sommer West SüdWest NordWest HochME TiefME Nord NordOst SüdOst zonal gemischt meridional Großwettertyp Zirkulationsform Abbildung 27: Bezugszeitraum Herbst 22

24 West SüdWest NordWest HochME TiefME Nord NordOst SüdOst zonal gemischt meridional Großwettertyp Zirkulationsform Abbildung 28: Bezugszeitraum Winter West SüdWest NordWest HochME TiefME Nord NordOst SüdOst zonal gemischt meridional Großwettertyp Zirkulationsform Abbildung 29: Bezugszeitraum meteorologisches Winterhalbjahr 23

25 West SüdWest NordWest HochME TiefME Nord NordOst SüdOst zonal gemischt meridional Großwettertyp Zirkulationsform Abbildung 3: Bezugszeitraum meteorologisches Sommerhalbjahr Abbildung 31: Signifikanz des Trends vom Niederschlag der BM im meteorologischen Sommerhalbjahr in Thüringen (191 ) Abbildung 32: Signifikanz des Trends vom Niederschlag der WZ im Winter in Thüringen (191 ) 24

26 Abbildung 33: Signifikanz des Trends der mittleren Temperatur der BM im meteorologischen Sommerhalbjahr in Thüringen (191 ) Abbildung 34: Signifikanz des Trends der mittleren Temperatur der TRM im Herbst in Thüringen (191 ) Abbildung 3: Signifikanz des Trends der mittleren Temperatur der TRM im meteorologischen Winterhalbjahr in Thüringen (191 ) 2