Extreme Wetterereignisse in Hessen

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1 Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Fachzentrum Klimawandel Hessen Extreme Wetterereignisse in Hessen Klimawandel in Hessen

2 Impressum Reihe: Klimawandel in Hessen Redaktion: Dr. Heike Hübener (HLUG), Dr. F. Kaspar (DWD), C. Weder (HLUG), Dr. D. Maraun (JLU Gießen) Layout: Nadine Monika Lockwald, Christine Zarda Herausgeber, und Vertrieb: Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Fachzentrum Klimawandel Hessen Rheingaustraße Wiesbaden Telefon: Telefax: Stand: Januar 2014 Korrigierter Nachdruck: Juni 2015 Nachdruck auch auszugsweise nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers. Titelfoto: N. Büttner

3 Dr. Thomas Schmid Präsident des Hessischen Landesamtes für Umwelt und Geologie Vorwort Extreme Wetterereignisse wie Hitze- oder Kälteperioden, Trockenheit, Überschwemmung oder starke Stürme traten und treten in Hessen immer wieder auf. Sie führen zu großen volkswirtschaftlichen Schäden und leider auch immer wieder zu Todesfällen. Deswegen müssen wir wissen, wie oft welche Arten von Extremereignissen eintreten können und ob sie durch den Klimawandel häufiger werden. Auch wenn ein einzelnes Ereignis nicht direkt auf den Klimawandel zurückgeführt werden kann, so wird doch durch die Änderung der mittleren Verhältnisse (z. B. von Temperatur oder Niederschlag) das Auftreten bestimmter Extremereignisse wahrscheinlicher. Auch die Stärke von Extremereignissen kann durch den Klimawandel beeinflusst werden. Wir können zwar nicht absehen, wann und wo genau das nächste Extremereignis eintritt, aber wir können untersuchen, welche Arten von Extremereignissen durch den Klimawandel häufiger oder stärker werden. Wir müssen uns also auf Extremereignisse einstellen, damit im Fall der Fälle die Schäden möglichst gering ausfallen. Weitere Informationen zum Klimawandel in Hessen bietet das HLUG über seine Internetseiten, über weitere Informationsmaterialien und über die direkte Auskunft der Fachleute in der Dienststelle an. 3

4 Was ist extrem? 4 Das kommt auf den Zusammenhang an. Zum Beispiel ist in Hessen eine Tagesmitteltemperatur von 20 C nicht gerade extrem hoch, in Grönland aber schon. Wir definieren in dieser Broschüre Extremereignisse als besonders seltene Ereignisse in der beobachteten Zeitreihe. Seit 1901 gibt es in Hessen mindestens zehn Klimastationen des Deutschen Wetterdienstes (DWD), sie messen Temperatur, Feuchte, Druck, Niederschlag, Windstärke und -richtung. Ihre Anzahl stieg bis 1960 auf über 50. Seit 1990 ist die Zahl der Klimastationen auf ca. 40 zurückgegangen, da die Stations-Messungen zunehmend durch Radar- oder Satellitendaten ersetzt werden. Da der Niederschlag viel kleinräumiger variabel ist als z. B. die Temperatur, gibt es zusätzliche Niederschlagsmessstationen. Seit 1901 liegen Messdaten von mehr als 150 DWD-Stationen in Hessen vor. Diese Zahl stieg bis 1950 auf über 350 Stationen an, ging dann aber nach 1990 wieder auf ca. 150 Stationen zurück, da auf flächendeckende Radardaten zurückgegriffen wird. Die verwendeten Daten wurden vom DWD *siehe: erhoben und dem HLUG zur Verfügung gestellt. Zusätzlich werden in dieser Broschüre Niederschlags-Messdaten von 70 Messstationen des hessischen Landesmessnetzes* verwendet. Einsatz der Feuerwehr Offenbach nach einem Sturmschaden. Foto: S. Danisch, Feuerwehr Offenbach

5 Nur wenige Stationen messen durchgehend über einen sehr langen Zeitraum. Die längste Messreihe in Hessen existiert für Frankfurt, allerdings wurde die Station in ihrer Geschichte mehrmals verlegt. Durch geeignete Interpolation werden die Frankfurter Datenreihen miteinander verbunden. Die meisten Stationen messen seit den 1930er oder 1940er Jahren, aber nicht alle Messdaten liegen digital vor. Messzeitraum von DWD-Klimastationen in Hessen Kassel Burgwald-Bottendorf Gilserberg-Moischeid Neukirchen-Hauptschwenda Bad Hersfeld Biedenkopf Dillenburg Gießen-Wettenberg Wartenberg-Angersbach Fulda Wasserkuppe Grebenhain-Herchenhain Schotten Bad Nauheim Waldems-Reinborn Kleiner Feldberg Nidderau-Windecken Frankfurt (Feldbergstr.) Frankfurt (Stadt) Frankfurt (Westend) Frankfurt (Flughafen) Geisenheim Beerfelden

6 Temperaturextreme Um zu erkennen, ob ein Tag z. B. im Jahr 2013 extrem warm oder kalt war, muss die Temperatur mit dem für die Jahreszeit üblichen Wert verglichen werden. Die Temperatur-Statistik für die Station Schotten (rechte Seite) zeigt für jeden Tag des Jahres (z. B. jeden 03. Oktober) Mittelwerte über den 30-Jahres-Zeitraum für die Tagesmitteltemperatur (schwarz), die Tagestiefst- (grün) und die Tageshöchsttemperatur (orange). Außerdem ist für jeden Tag des Jahres die niedrigste im bisherigen Messzeitraum ( ) gemessene Tagestiefsttemperatur (blau) und die höchste bisher gemessene Tageshöchsttemperatur (rot) eingezeichnet. Zusätzlich ist für das Jahr 2013 der jeweilige Tagestiefstwert (türkis) und Tageshöchstwert (violett) eingezeichnet. An mehreren Tagen im Jahr 2013 (z. B. im Januar, Oktober und Dezember) lag die Tagestiefsttemperatur (türkis) über der langjährigen Tagesmitteltemperatur (schwarz). Am wurde in Schotten ein neuer Hitzerekord aufgestellt: Die Tagestiefsttemperatur lag bei 19,3 C und die Höchsttemperatur erreichte 34,1 C. 6 Schotten, Hessen. Quelle: Foto : G. Wieser

7 Temperatur in C Daten: DWD Jan. Feb. März April Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez. Der lange Winter 2012/2013 zeigt sich an den tiefen Werten im März. Am wurde sogar ein neuer Kälterekord aufgestellt: Die Tagestiefsttemperatur lag mit -13,1 C unter dem bislang tiefsten an einem in Schotten gemessenen Wert. Die Tiefstwerte unter -20 C Anfang Februar (blau) stammen aus dem Jahr Tagestemperatur in Schotten Tagesmitteltemperatur, Mittelwert über Tagestiefsttemperatur, Mittelwert über Tageshöchsttemperatur, Mittelwert über tiefste je gemessene Tagestiefsttemperatur, höchste je gemessene Tageshöchsttemperatur, Tagestiefsttemperatur 2013 Tageshöchsttemperatur

8 War der Winter 2011/2012 besonders kalt? Der Winter 2012 (Dez. 2011, Jan. 2012, Feb. 2012) ist vielen als besonders kalt in Erinnerung. Aber war er das auch? Nein. Nur im Februar war es ca. zwei Wochen lang sehr kalt, der Rest des Winters war vergleichsweise warm. Dadurch war der gesamte Winter mit 1,2 C sogar 0,3 C wärmer als der Mittelwert über (Graphik). Einige Extremwerte vom Februar 2012: In Kassel gab es 16 aufeinander folgende Eistage (Tageshöchsttemperatur unter 0 C) Tiefsttemperatur in Michelstadt-Vielbrunn: -17,1 C Tiefsttemperatur in Burgwald-Bottendorf: -19,6 C Temperatur in C 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0-1,0-2,0-3,0-4,0 Mittelwert = 0,3 C Mittelwert = 0,9 C Der kälteste Winter in Hessen seit 1951 war 1963 mit -5,45 C, der wärmste war 2007 mit +4,35 C. Der langjährige Mittelwert ist seit 1951 angestiegen und ein Winter, der uns heute kalt vorkommt, wäre früher noch normal gewesen. Zusätzlich zu diesem mittleren Trend nehmen die besonders warmen Winter zu und die besonders kalten Winter ab. -5, Daten: DWD -6, Hessenmittel der Wintertemperatur (Dez., Jan., Feb.) in C. 8

9 9 Der besonders kalte März 2013 brachte Riesen-Eiszapfen im Taunus ( ).

10 Spätfrost Bis Mitte Mai muss man hierzulande noch mit Spätfrost rechnen ( Eisheilige ). Wenn die Pflanzen zu diesem Zeitpunkt noch nicht zu weit entwickelt sind, dann überstehen sie den Frost ohne Schaden. Ist die Pflanzenentwicklung jedoch schon relativ weit fortgeschritten, dann kann Frost zu erheblichen Ernteeinbußen führen. In der nebenstehenden Graphik wird daher nicht nur der letzte Frosttag (Tiefsttemperatur unter 0 C) dargestellt, sondern zusätzlich der erste Sommertag (Höchsttemperatur über 25 C) jedes Jahres und der mögliche Beginn der Vegetationsperiode (Abfolge von 5 Tagen, an denen die Tagesmitteltemperatur mindestens 5 C beträgt). Die Graphik für Frankfurt/Main zeigt, dass in einigen Jahren der letzte Frosttag (blau) erst nach dem ersten Sommertag (rot) eintrat (z. B. 1968, 1996 und 2011). In 2011 war der April sehr warm, dadurch war die Pflanzenentwicklung schon weit fortgeschritten und der Spätfrost im Mai führte zu empfindlichen Schäden im Wein- und Obstbau. Spätfrostschaden an Kirschblüten (Foto: Uni Gießen). Der Beginn der theoretisch möglichen Vegetationsperiode (grün) hat sich seit 1950 im Mittel zu früheren Zeitpunkten im Jahr verlagert. In diese Definition des Vegetationsbeginns geht aber nicht ein, ob es danach noch einmal winterlich kalt wurde. 10

11 180 Daten: DWD Tag des Jahres Spätfrostgefahr in Frankfurt/Main, erster Sommertag des Jahres letzter Frosttag des Jahres Beginn der Vegetationsperiode Trend Vegetationsbeginn Eisheilige Tage des Kalenderjahres: 01. Januar = Tag Februar = Tag 32 usw. 11

12 Hitzesommer 2003 Belastend sind Tage mit Höchsttemperaturen über 30 C (sog. heiße Tage) und Nächte, in denen die Tiefsttemperatur nicht unter 20 C fällt (sog. Tropennächte). Der Sommer 2003 war europaweit besonders heiß und führte vor allem in Frankreich zu vielen Todesfällen aufgrund der großen Hitze. Auch in Hessen starben im Sommer 2003 ca Menschen mehr als üblicherweise (Schätzung des Hessischen Landesprüfungs- und Untersuchungsamts im Gesundheitswesen). Einige Extremwerte vom Sommer 2003: Höchsttemperatur 38,7 C in Frankfurt (Flughafen) und Fulda 98 Sommertage (Tageshöchsttemperatur > 25 C), davon 51 in Folge in Gernsheim 19 heiße Tage in Fulda 12 Tropennächte in Frankfurt (Westend) Wer 12bei Hitze schwimmen gehen kann, hat es gut. Badebetrieb am Hattensteinweiher.

13 Durch den Klimawandel werden Hitzesommer wie 2003 in Zukunft deutlich häufiger auftreten. Große Hitze geht oft mit Trockenheit einher. Der Sommer 2003 wurde nicht nur wegen der vielen Sonnenstunden so heiß, sondern auch, weil es im Frühling 2003 besonders wenig geregnet hatte. Der trockene Boden erwärmte sich viel schneller und stärker, als es ein feuchter Boden getan hätte. Sonnenstunden pro Jahr: Mittelwert und im Jahr 2003 (DWD-Stationen) Station Schotten Bad Hersfeld Kassel Wasserkuppe Gießen-Wettenberg Geisenheim Frankfurt a. M Ausgetrockneter Boden in einem Erdbeerfeld im Hessischen Ried, Mai Die Kombination von Hitze und Trockenheit führt insbesondere in der Landwirtschaft häufig zu Ernteausfällen. Auch in anderen Bereichen können Schäden durch langanhaltende Trockenheit entstehen. Im Forst führte der trockene und heiße Sommer 2003 erst im Folgejahr 2004 zu Schäden durch vermindertes Baumwachstum und starken Schädlingsbefall. 13

14 Niederschlag Der Niederschlag ist räumlich sehr variabel. Die Graphik zeigt den mittleren jährlichen Niederschlag an zwei Stationen, die nur ca. 5 km voneinander entfernt liegen. Die beiden Linien zeigen zwar einen ähnlichen Verlauf, in Hofheim fällt aber in den meisten Jahren deutlich mehr Niederschlag als in Hofheim- Wallau. Der Unterschied beträgt im Mittel fast 100 l/m 2 pro Jahr. In einzelnen Jahren kann er auch bis zu 300 l/m 2 betragen (z. B. 1965) Hofheim Hofheim-Wallau 1000 Jahresniederschlag in l/m Daten: DWD Niederschlagssumme pro Jahr in l/m 2 an den Stationen Hofheim und Hofheim-Wallau. Altes Rathaus in Hofheim am Taunus. Foto: R. Stricker 14

15 Extreme Nassjahre in Hessen: 1981: Jahresniederschlagssumme von 1084 l/m 2 über ganz Hessen 1965: Jahresniederschlagssumme von 1074 l/m 2 über ganz Hessen 1965: Größte in Hessen an einer DWD-Station gemessene Jahresniederschlagssumme von l/m 2 in Grebenhain-Herchenhain Extreme Trockenjahre in Hessen: 1959: 492 l/m 2 im Mittel über ganz Hessen 1959: Längste Trockenperiode mit einer Dauer von 69 Tagen (August bis Oktober) in Greifenstein 1959: In Volkmarsen fielen nur 297 l/m 2 Niederschlag 1976: In Lich wurde ebenfalls ein Jahresniederschlag von nur 297 l/m 2 registriert Im Zeitraum fielen im Mittel über ganz Hessen 839 l/m 2 Niederschlag. Der Trend von 1951 bis 2010 ist sehr klein im Vergleich zur Jahr-zu-Jahr-Schwankung. Mit dem Klimawandel wird keine Änderung des mittleren Jahresniederschlages erwartet, jedoch eine Verschiebung des Niederschlages vom Sommer in den Winter. Jahresniederschlag in l/m Einzeljahre Linearer Trend Linearer Trend : +5 % Niederschlagssumme pro Jahr in l/m 2 in Hessen ( ). Daten: DWD 15

16 Starkniederschlag Besonders im Sommer treten immer wieder starke Niederschlagsereignisse auf, die zu lokalen Überschwemmungen und Schäden führen. Während der 30-jährige Mittelwert (blau) des Tagesniederschlages in Fulda zwischen 0,5 und 4 l/m 2 liegt, können einzeln auftretende Extremereignisse (rot) diese Werte weit übersteigen. Es gibt in Hessen zwar ca. 150 Niederschlagsmessstationen des Deutschen Wetterdienstes und weitere 70 Stationen des hessischen Landesmessnetzes, doch auch damit kann nicht jeder Starkniederschlag erfasst werden. Mitunter fällt der stärkste Niederschlag eben genau neben der Messstation. Tagesniederschlag (l/m 2 pro Tag) in Fulda Mittlerer Niederschlag pro Kalendertag (blau) und maximaler jemals gemessener Niederschlag pro Kalendertag (rot). Tagesniederschlag in l/m Mittelwert: 22. Juni : 1,8 l/m 2 Extremwert: 22. Juni 1975: 87,5 l/m 2 Daten: DWD 0 Januar Februar März April Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez. 16

17 Die größten Tagesniederschlagssummen, die an verschiedenen Stationen in Hessen gemessen wurden, zeigt die Tabelle. An einem Tag mit Starkniederschlag kann so viel Niederschlag fallen wie sonst in einem ganzen Monat. Maximale Tagesniederschlagssummen an ausgewählten Stationen (DWD und Landesmessnetz) Datum l/m 2 Messstation ,0 Wächtersbach ,3 Lautertal-Eichelhain ,0 Haiger ,0 Diemelstadt-Rhoden ,5 Sinntal-Weiperz ,0 Bad Soden-Salmünster ,5 Weilrod-Gemünden ,1 Hesseneck-Hesselbach ,7 Eschenburg-Hirzenhain ,7 Burgwald-Wiesenfeld Abfluss nach Starkregenereignis. Foto: H. Grebe 17

18 Untersuchungen der Universität Gießen haben ergeben, dass im Zeitraum von in den Wintermonaten (Dezember, Januar, Februar) an den meisten Stationen die Niederschlagssumme des jeweils stärksten Niederschlagsereignisses pro Monat zugenommen hat (grüne Punkte in der linken Abbildung). Im Sommer (Juni, Juli, August) sind hingegen an den meisten Stationen die höchsten Tagesniederschläge pro Monat zurückgegangen (braune Punkte in rechter Abbildung). An einigen Stationen hat sich der Starkniederschlag im untersuchten Zeitraum nicht signifikant verändert (graue Punkte). Trends im beobachteten Extremniederschlag in Prozent (100 % = Mittelwert ). Quelle: Univ. Gießen, < -20 % -20 % -15 % -15 % -10 % -10 % -5 % -5 % 5 % 5 % 10 % 10 % 15 % 15 % 20 % >20 % < -20 % -20 % -15 % -15 % -10 % -10 % -5 % -5 % 5 % 5 % 10 % 10 % 15 % 15 % 20 % >20 % Winter Sommer 18

19 Durch lokal begrenzte, sehr starke Niederschlagsereignisse können insbesondere an kleineren Wasserläufen extreme Abfluss-Ereignisse ausgelöst werden. Diese führen häufig zu Schäden an Gebäuden und Infrastukturen (z. B. Straßen, Schienen, Stromleitungen) und schlimmstenfalls sogar zu Todesfällen. Darüber hinaus sind Starkregenereignisse auch oft mit starker Bodenerosion verbunden und verursachen erhebliche Schäden besonders in der Landwirtschaft. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Niederschlag kann bei einem Extremereignis fallen. Der Klimawandel lässt daher mehr Starkniederschlag erwarten. Extremes Niederschlags-Abfluss- Ereignis am im Kuhbach, Sechshelden, in Folge von Starkniederschlag. Die Landesmessnetz-Station Haiger meldete an diesem Tag 161 l/m 2 Niederschlag, davon 150 l/m 2 innerhalb von nur 4 Stunden; die Station Angelburg-Frechenhausen meldete am selben Tag 151 l/m 2. Eine ausführliche Beschreibung des Ereignisses finden Sie im Jahresbericht 2006 des HLUG. ca. 5 m im Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie Hochwassermarke 3. Klimaschutzkongress Mecklenburg-Vorpommern 199 Foto: A. Debus, W. RP Debus, Güstrow Gießen, Abt. RP 9. Juni IV Gießen Umwelt

20 Wind und Sturm Entwurzelter Baum nach dem Durchzug einer Gewitterfront, Wiesbaden, Starkwind und Sturm können ebenfalls zu erheblichen Schäden führen. Winterstürme wie die Orkane Kyrill ( ), Xynthia ( ) oder Christian ( ) waren in der bundesweiten Presse sehr präsent. In Hessen haben sie jedoch relativ wenig Schäden angerichtet. Aber nicht nur im Winter haben wir mit Sturmböen zu rechnen, sondern auch im Zusammenhang mit sommerlichen Gewittern können Windböen mit sehr hohen Geschwindigkeiten auftreten. Die nebenstehende Graphik zeigt die täglichen Windmaxima für jeden Tag des Jahres auf dem kleinen Feldberg (Taunus). Es fällt auf, dass im Allgemeinen im Winter höhere Windgeschwindigkeiten auftreten (grün), die höchste je gemessene Windgeschwindigkeit trat aber im Sommer im Zusammenhang mit einem Sommergewitter am auf. Winterstürme haben an dieser Station nicht zu auffälligen Windmaxima geführt. Die maximale Windgeschwindigkeit am (Orkan Christian) betrug 24,4 m/s (d. h. 87,8 km/h) und stellte damit keinen neuen Rekordwert dar.

21 50 45 Extremwert: : 47 m/s d. h. 169,2 km/h Windstärke im m/s Daten: DWD Januar Februar März April Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez. Maximale Windgeschwindigkeiten (m/s) an der Station kleiner Feldberg (Taunus) Höchstes je gemessenes Windmaximum für jeden Tag des Jahres, Mittleres Windmaximum für jeden Tag des Jahres im Mittel über Windmaximum für jeden Tag des Jahres 2013 Mittlerer Wind über

22 22 Extremereignisse in Hessen: Fazit Extremereignisse gab es immer und wird es weiter geben. Bestimmte Extremereignisse werden durch den Klimawandel zukünftig voraussichtlich häufiger oder stärker werden. Temperaturextreme Das Jahr 2013 brachte an einigen Stationen in Hessen neue Rekordwerte, z. B. die besonders warmen Tage Mitte Juni, aber auch die besonders kalte Phase im März. Im Jahr 2012 gab es eine ungewöhnlich kalte Phase im Februar. Der gesamte Winter 2011/2012 (Dez bis Feb. 2012) war jedoch vergleichsweise warm. Sommerrekorde traten in Hessen überwiegend im Jahr 2003 auf, z. B. Tageshöchsttemperaturen von 38,7 C in Frankfurt und Fulda sowie 2193 Sonnenstunden in Geisenheim. Durch den Klimawandel sind in Hessen in Zukunft mehr Hitzeextreme zu erwarten. Kälteextreme werden seltener, können aber immer noch gelegentlich auftreten. Weitere Informationen zum Klima in Hessen finden Sie auf unseren Internetseiten: Niederschlagsextreme Der Niederschlag ist kleinräumig sehr unterschiedlich. In den meisten hessischen Regionen regnet es im Sommer mehr als im Winter. Auch die größten Niederschlagssummen pro Tag treten im Sommer auf, üblicherweise in Form starker Gewitter. Während die stärksten Tagesniederschläge im Winter seit 1961 eher zunahmen, ist für den Sommer ein Rückgang zu sehen. Mit dem Klimawandel sind für die Zukunft mehr Starkniederschlagsereignisse zu erwarten. Windextreme Herbst- und Winterstürme verursachen oft große Schäden, da sie relativ große Gebiete betreffen und über mehrere Stunden starken Wind bringen. Die stärksten einzelnen Windböen können jedoch auch bei Sommergewittern auftreten, wie z. B. an der Station auf dem kleinen Feldberg. Ob Windextreme durch den Klimawandel zunehmen werden, können wir heute noch nicht sicher sagen.

23 In der Reihe Klimawandel in Hessen sind bisher folgende Infobroschüren erschienen: Beobachteter Klimawandel Klimawandel in der Zukunft Extreme Wetterereignisse in Hessen In Vorbereitung: Klimawandel und Wasser Folgen des Klimawandels für die menschliche Gesundheit 23

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