Nationales Klima-Beobachtungssystem. Global Climate Observing System GCOS Schweiz

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1 Nationales Klima-Beobachtungssystem Global Climate Observing System GCOS Schweiz

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3 Nationales Klima-Beobachtungssystem Global Climate Observing System GCOS Schweiz

4 Impressum Herausgeber Swiss GCOS Office Gabriela Seiz, Nando Foppa Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz Krähbühlstrasse 58 CH-8044 Zürich Zitiervorschlag Seiz, G., Foppa, N., Nationales Klima-Beobachtungssystem (GCOS Schweiz). Publikation von MeteoSchweiz und ProClim, 92 S. Gestaltung und Realisation BBG Werbung AG, Thalwil Druck Schellenberg Druck AG, Pfäffikon ZH MeteoSchweiz, Oktober 2007

5 Vorwort Wissenschaftliche Datenerhebung braucht Kontinuität. Trends und Entwicklungen aus einem einzelnen Schnappschuss zu erkennen ist unmöglich. So ist auch eine fundierte Aussage darüber, wie sich unser Klima ändert, nur dank regelmässiger und standardisierter Messung von verschiedenen Umweltgrössen möglich. Der eben erschienene 4. Zustandsbericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) zeigt in eindrücklicher Weise, dass die wichtigsten Erkenntnisse und Aussagen zum Zustand unseres Klimas nur unter korrekter zeitlicher Einordnung der Veränderungen möglich sind. Könnten wir die heutige hohe CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre, oder den dramatischen Rückgang der alpinen Gletscher nicht lückenlos in die Entwicklung über die letzten 50 Jahre einordnen, blieben uns die wirklichen Zusammenhänge in diesem komplexen System verborgen. In einer Umwelt, deren Veränderungen lebensbestimmend sind, hat systematisches Beobachten Tradition. So verfügt die Schweiz über zahlreiche lange Zeitreihen, die heute zu den Grundinformationen über das Klimasystem gehören und von Forschung und Behörden gleichermassen verwendet werden. Die Kompetenz, die durch diese Arbeit aufgebaut wurde, macht die Schweiz zu einem wichtigen Partner in internationalen Programmen zur Klimabeobachtung. Mit diesem Bericht liegt nun zum ersten Mal eine umfassende Information über die Klimavariablen vor, die seit vielen Jahren in der Schweiz gemessen werden. Er bildet somit den Ausgangspunkt zur Formulierung einer finanziellen und gesetzlichen Strategie. Damit soll die Zukunft des nationalen Klima-Beobachtungssystems gesichert werden. Bern, Oktober 2007 Thomas Stocker Präsident ProClim Kathy Riklin Präsidentin OcCC

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7 Summary Switzerland has a long tradition in climate observation. Temperature and precipitation series of more than 150 years, the world s longest total ozone series, glacier measurements since the end of the 19 th century and the 100-year anniversary of the Physical Meteorological Observatory Davos are only a few of the impressive cornerstones of the Swiss contribution to the global and regional climate monitoring. Die Schweiz verfügt über eine lange Tradition in der Klimabeobachtung. Über 150 Jahre lange Temperatur- und Niederschlagsmessreihen, die weltweit längste Gesamtozon-Reihe, Gletschermessungen seit Ende des 19. Jahrhunderts und das 100-jährige Physikalisch-Meteorologische Observatorium Davos sind nur einige der beeindruckenden Eckpunkte des Schweizer Beitrags an das globale und regionale Klimamonitoring. The high value of Swiss climate measurements series is reflected in their long-term continuity, systematic acquisition and remarkable quality. The interruption of measurement series is therefore irrevocable. With this report, the Swiss GCOS Office at the Federal Office of Meteorology and Climatology MeteoSwiss gives a first and comprehensive overview about the most valuable long series of essential climate variables. The compilation identifies for each climate variable to what extent the legal basis, responsability or financial resources for their continuation are missing. Der grosse Wert der Schweizer Klimamessreihen liegt in ihrer langjährigen Kontinuität, systematischen Erhebung und hohen Qualität. Das Abbrechen von Messreihen ist darum unwiderruflich. Das Swiss GCOS Office beim Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz gibt mit diesem Bericht erstmals einen umfassenden Überblick über die wertvollsten langen Reihen der essentiellen Klimavariablen. Die Zusammenstellung identifiziert für jede Klimavariable, inwieweit gesetzliche Grundlagen, Zuständigkeiten oder finanzielle Ressourcen zur Weiterführung fehlen. There is a clear need for action with the cryosphere observations (glaciers, permafrost, snow): there is no legal basis and subsequently, the measurement series are not financially ensured in the long term. In addition, there are financial requirements for the CO measurement series at Jungfraujoch, for observations 2 of lakes and phenology, as well as for three international data centers in Switzerland. The presented long measurement series of the National Climate Observing System (GCOS Switzerland) play a significant role for our understanding of climate change as well as the planning and implementation of appropriate measures. Handlungsbedarf besteht insbesondere bei den Beobachtungen der Kryosphäre (Gletscher, Permafrost, Schnee): es existieren keine gesetzlichen Grundlagen und entsprechend sind die Messreihen langfristig finanziell nicht gesichert. Daneben besteht Finanzierungsbedarf für die CO 2 -Messreihe auf dem Jungfraujoch, für Beobachtungsreihen von Seen und Phänologie, sowie für drei internationale Datenzentren in der Schweiz. Zum Verständnis des Klimawandels sowie der Planung und Umsetzung von adäquaten Massnahmen sind die vorgestellten langen Messreihen des Nationalen Klima- Beobachtungssystems (GCOS Schweiz) von zentraler Bedeutung.

8 Inhalt 1 Einleitung Atmosphärische Beobachtungen Terrestrische Beobachtungen Ausgangslage 6 Motivation 10 Vorgehen 11 Aufbau 11 Bodennahe Messungen 2.1 Temperatur Niederschlag Luftdruck Sonnenscheindauer Strahlung 20 Hydrosphäre 3.1 Abfluss Seen Grundwasser Wassernutzung Isotope 48 Freie Atmosphäre 2.6 Wolken Wasserdampf 24 Kryosphäre 3.6 Schneebedeckung Gletscher Permafrost 58 Zusammensetzung der Atmosphäre 2.8 Ozon Kohlendioxid Treibhausgase Luftfremdstoffe Aerosole Pollen 38 Biosphäre 3.9 Landnutzung Waldökosystem Waldbrände Phänologie 66

9 4 Internationale Zentren Messreihen im Ausland Schlussfolgerungen und Ausblick GEBA BSRN WGMS Weitere Zentren 74 Ozon (Kenya) 77 Spurengase (Kenya, Indonesien, Algerien) 78 Gletscher 79 Schlussfolgerungen 80 Ausblick 83 Anhang Autoren und Reviewer 84 Referenzen 86 Bildnachweis 90 Abkürzungen 92 5

10 1.0 Einleitung Die Beobachtung des Klimas und seiner Änderungen hat in den vergangenen Jahrzehnten, insbesondere seit der Verabschiedung der Klimakonvention 1992, stark an Bedeutung gewonnen. Um Aussagen zur Klimaänderung, zum anthropogenen Einfluss und zu zukünftigen Klimaszenarien machen zu können, sind langjährige und qualitativ hochwertige Messreihen notwendig.

11 Ausgangslage Der kürzlich erschienene 4. Bericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) fasst den Kenntnisstand über den Klimawandel und seine weltweiten Auswirkungen zusammen (IPCC, 2007). Die Schweiz ist dabei vom Klimawandel im globalen Vergleich überdurchschnittlich stark betroffen. Gemäss dem Bericht «Klimaänderung und die Schweiz 2050» (OcCC, 2007) muss bis ins Jahr 2050 mit einer Erwärmung in der Schweiz von rund 2 C im Herbst, Winter und Frühjahr sowie von knapp 3 C im Sommer gerechnet werden. Bei den Niederschlägen wird von einer Zunahme um rund 10% im Winter und einer Abnahme von rund 20% im Sommer ausgegangen. Des Weiteren wird mit einer Zunahme von extremen Niederschlägen speziell im Winter gerechnet, was sich in einigen Regionen in häufigeren Hochwassern und Murgängen auswirken kann. Der Umgang mit dem Klimawandel stellt somit eine grosse aktuelle und zukünftige Herausforderung dar. Das Klimasystem Das Klimasystem und seine Komponenten (verändert nach IPCC, 2007). Einleitung Seit dem letzten IPCC-Bericht im Jahre 2001 hat die Forschung wesentliche Fortschritte beim Verständnis des Klimasystems, der aktuellen Klimaänderungen und ihrer Auswirkungen auf Mensch und Natur erzielt. Ein beträchtlicher Anteil an dieser Verbesserung des wissenschaftlichen Verständnisses ist der stark verbesserten Datengrundlage zu verdanken. Das optimale Zusammenspiel von Klimabeobachtung und Klimaforschung/-modellierung wurde bereits in den Anfangsjahren von IPCC in den 1980er Jahren erkannt. Dies führte zur Etablierung des Globalen Klima-Beobachtungssystems (GCOS) im Zusammenhang mit der Verabschiedung der Rahmenkonvention der Vereinten Nationen über Klimaänderung (Klimakonvention) im Jahre Unter dem Titel «Systematic Observation» im Artikel 5 der Klimakonvention und im Artikel 10 des darauf aufbauenden Kyoto-Protokolls sind die Forderungen und Ziele zur systematischen Beobachtung verankert. GCOS ist eine gemeinsame Initiative der Weltorganisation für Meteorologie (WMO), der Ozeanographischen Kommission der UNESCO, des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP) und des Internationalen Wissenschaftsrats (ICSU). Durch GCOS soll sichergestellt werden, dass die nötigen klimarelevanten Beobachtungen und Informationen systematisch erfasst und allen potentiellen Benutzern zur Verfügung gestellt werden. GCOS befasst sich mit dem gesamten Klimasystem: den physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der Atmosphäre, des Ozeans und der Landoberfläche (siehe Abbildung). 7

12 Die Auswertungen der im Rahmen von GCOS erhobenen Klima-Beobachtungsreihen bilden eine wichtige Grundlage für die Synthesearbeiten der internationalen Klima- Experten (z.b. IPCC-Berichte, WMO Ozon Assessment Reports). Im 4. IPCC-Bericht sind verschiedene Beiträge mit Schweizer Messreihen zur Klimabeobachtung erwähnt, u.a. Niederschlag (Schmidli und Frei, 2005), Strahlung (Philipona et al., 2005; Wild et al., 2005), Schnee (Scherrer et al., 2004), Gletscher (Zemp et al., 2005), Permafrost (Vonder Mühll et al., 2004) und Phänologie (Defila und Clot, 2001). Gemäss GCOS Second Adequacy Report (WMO, 2003) hat das globale Klima-Beobachtungssystem die folgenden wissenschaftlichen Anforderungen zu erfüllen: a) den Zustand des globalen Klimasystems und dessen Variabilität zu charakterisieren. Dabei hat die Genauigkeit, Homogenität und Kontinuität der Messreihen hohe Priorität, damit Klimasignale nicht von Störungen, z.b. durch über die Jahre geänderte Messbedingungen, überdeckt werden. Zur Charakterisierung des Klimasystems ist es notwendig, eine Reihe von Variablen zum selben Zeitpunkt zu beobachten und zu messen. b) die das Klimasystem beeinflussenden Faktoren zu überwachen, sowohl bezüglich natürlicher wie auch bezüglich anthropogener Beiträge. Über Jahrzehnte und Jahrhunderte waren die Variation der Sonneneinstrahlung und die vulkanischen Aerosole die entscheidenden natürlichen Antriebsgrössen der Klimavariabilität. Dem gegenüber stehen die anthropogen bedingten Ursachen wie Treibhausgase, Aerosole und Landnutzungsänderungen. c) die Erforschung der Ursachen des Klimawandels zu fördern. Ergänzend zu den systematischen Beobachtungen der unter (a) und (b) beschriebenen Zustands- und Antriebsgrössen des Klimasystems sind geeignete Modelle nötig, welche die erwarteten Änderungen der Zustandsvariablen mit dem Einfluss der Antriebsgrössen verknüpfen können. d) die Vorhersage der globalen Klimaänderung zu unterstützen. Dabei sollten bei der Vorhersage nicht nur die Antriebsgrössen gemäss (b) und deren Geschichte betrachtet werden, sondern auch der momentane Zustand des Klimasystems. Lange Klima-Beobachtungsreihen spielen auch eine wesentliche Rolle bei der Kalibrierung/Validierung von Klimamodellen. e) die Informationen zur globalen Klimaänderung auf die kontinentale und nationale Ebene herunter zu projizieren. Dies ist umso wichtiger, da sich Auswirkungen und Anpassungsmassnahmen v.a. auf nationaler und lokaler Ebene abspielen werden. Lange Beobachtungsreihen sind zentral, um Modelle für regionale Klimaszenarien zu entwickeln und um die Wirkungsweise des Klimas und seiner Variationen auf natürliche Systeme (z.b. Gletscher, Abfluss, Ökosysteme) zu verstehen. Somit gibt es ein spezifisches Bedürfnis nach detaillierten lokalen Daten der Zustandsvariablen gemäss (a) und entsprechend nach einer Verdichtung der globalen Messungen auf nationaler Ebene. f) Extremereignisse zu charakterisieren und ihr Risiko bzw. Schadensanfäligkeit abzuschätzen. Die gemessenen Daten, welche die Extremereignisse (z.b. Hochwasser, Stürme, Hitze) charakterisieren, sind insbesondere wichtig für Wirkungsanalysen, Festlegen von Richtlinien und Anpassungsstrategien. Damit diese Aufgaben erfüllt werden können, hat GCOS eine Auswahl von essentiellen Klimavariablen festgelegt (Tabelle 1). Diese Auswahl berücksichtigt neben den wissenschaftlichen Anforderungen auch die Messbarkeit der Klimavariablen auf globaler Ebene. Um das gesamte Klimasystem und seine Wechselwirkungen zu verstehen, sind jedoch weitere Klimavariablen wichtig, die aber zum Zeitpunkt der Festlegung im Jahr 2003 noch nicht als systematische Messungen auf globaler Ebene verfügbar waren. Entsprechend kann es wichtige Klimavariablen geben, welche in der Schweiz bereits systematisch gemessen werden, die man ebenfalls für das Nationale Klima- Beobachtungssystem (GCOS Schweiz) einschliessen sollte.

13 Die beschriebenen Anforderungen können nicht alleine durch die globalen Messnetze von GCOS erfüllt werden. Somit muss durch Koordination auf kontinentaler und insbesondere nationaler Ebene eine Verdichtung der operationellen Klimamessnetze realisiert werden. Dies wurde entsprechend im GCOS Implementation Plan (WMO, 2004) festgehalten. Der Betrieb der kontinentalen und nationalen Netzwerke zur Klimabeobachtung sollte soweit möglich die GCOS-Prinzipien zur Klimaüberwachung (Tabelle 2) berücksichtigen. Besondere Beachtung ist dabei u.a. den Metadaten (Prinzip #3), der Qualitätssicherung (#4) und Datenarchivierung (#10) zu schenken. Zudem existieren diverse alte Messdaten, welche noch nicht in digitaler Form vorliegen und zur Verlängerung der bedeutungsvollsten Messreihen noch digitalisiert werden sollten. Bereich Essentielle Klimavariablen Atmosphäre Bodennah Freie Atmosphäre Lufttemperatur, Niederschlag, Luftdruck, bodennahe Strahlungsbilanz, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Wasserdampf Strahlungsbilanz (inkl. Sonnenstrahlung), Temperatur, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Wasserdampf, Wolken Einleitung Zusammensetzung Kohlendioxid, Methan, Ozon, weitere Treibhausgase, Aerosole, Pollen Ozean Oberfläche Oberflächentemperatur, Salzgehalt, Meereshöhe, Meereszustand, Meereis, Strömung, Biologische Aktivität, Partialdruck des Kohlendioxids Zwischen- und Tiefenwasser Temperatur, Salzgehalt, Strömung, Nährstoffe, Kohlenstoff, Spurenstoffe, Phytoplankton Landoberfläche Abfluss, Seen, Grundwasser, Wassernutzung, Isotope, Schneebedeckung, Gletscher und Eiskappen, Permafrost, Albedo, Oberflächenbedeckung (inkl. Vegetationstyp), Blattflächenindex, photosynthetische Aktivität, Biomasse, Waldbrand, Phänologie Tab.1. Essentielle Klimavariablen gemäss GCOS Second Adequacy Report (WMO, 2003), ergänzt mit den für die Schweiz zusätzlich relevanten Variablen (kursiv). Die Schweiz hat eine lange Tradition in der Beobachtung des Klimas. Schweizer Institutionen haben systematische Beobachtungsprogramme aufgebaut, die einen nennenswerten Beitrag zum globalen Klima-Beobachtungssystem darstellen. Die wichtigsten systematischen Beobachtungen betreffen das Klima in Bodennähe und in den höheren Luftschichten, die Strahlungsbilanz, die atmosphärischen Spurengase, Aerosole und Pollen, die Hydrologie, den Schnee, die Gletscher und den Permafrost, sowie klimarelevante Parameter der Biosphäre (Landnutzung, Waldökosystem, Waldbrände, Phänologie). Die gewonnenen Daten werden nach strengen Qualitätskriterien überprüft und an die Weltdatenzentren übermittelt, wo sie der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft für integrale Auswertungen zur Verfügung stehen. Die von Schweizer Institutionen betriebenen Daten- und Kalibrationszentren spielen dabei eine wichtige Rolle bei der Standardisierung der Messdaten und der verstärkten internationalen Vernetzung.

14 Im Nachgang zur Ratifikation des Kyoto-Protokolls durch die Eidgenössischen Räte im Sommer 2003 hat das Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz die nationale Koordinationsstelle verstärkt. Der bisherige bei MeteoSchweiz geführte GCOS Focal Point ist seit dem 1. Februar 2006 in das Swiss GCOS Office überführt worden. Die Aufgabe des Swiss GCOS Office besteht in der Koordination aller klimarelevanten Messungen in der Schweiz, welche von Bundesämtern, Forschungsanstalten und Hochschulen durchgeführt werden. Dazu gehört, die kontinuierlichen und repräsentativen Messungen langfristig zu planen, d.h. Probleme der Weiterführung frühzeitig zu erkennen und entsprechende Lösungen zu suchen. Soweit möglich fliessen auch neue Messtechniken in das integrierte Beobachtungssystem ein. Das Swiss GCOS Office identifiziert ausserdem Ressourcenprobleme beim Betrieb der internationalen Daten- und Kalibrationszentren in der Schweiz und unterstützt ausgewählte Messungen im Ausland finanziell und technologisch. GCOS-Prinzipien zur Klimaüberwachung 1. Die Auswirkungen einer Einführung neuer Systeme oder einer Veränderung bestehender Systeme sind vor der Umsetzung abzuschätzen. 2. Für den Übergang zwischen alten und neuen Beobachtungssystemen ist ein ausreichend langer Überlappungszeitraum zu gewährleisten. 3. Detaillierte Informationen über den Standort, seine Entwicklungsgeschichte, die Instrumente, Betriebsweisen, Datenverarbeitungsalgorithmen und sonstige für die Datenauswertung relevanten Fakten (d.h. Metadaten) sind mit gleicher Sorgfalt zu behandeln und dokumentieren, wie die erhobenen Daten selbst. 4. Die Qualität und Homogenität der Daten ist im Routinebetrieb regelmässig zu überprüfen. 5. Die Anforderungen an Umwelt- und Klimaüberwachungsprodukte und Bewertungen, wie z.b. die IPCC-Bewertungen, sind bei der Prioritätenfindung für die nationalen, regionalen und globalen Beobachtungsaktivitäten zu berücksichtigen. 6. Stationen und Beobachtungssysteme mit historisch ununterbrochenen Beobachtungsreihen sollten fortgeführt werden. 7. Datenarme Gebiete, weniger häufig beobachtete Parameter, Regionen mit besonderer Empfindlichkeit für Veränderung und Messungen von Schlüsselparametern mit unzureichender zeitlicher Auflösung sind bei der Konzeption zusätzlicher Beobachtungsmassnahmen vorrangig zu behandeln. 8. Für die Konzeption und Implementierung von Systemen müssen die Langzeit-Anforderungen, einschliesslich der entsprechenden Beobachtungshäufigkeiten, den Netzwerkdesignern und -betreibern sowie Messgerätespezialisten von vornherein bekannt sein. 9. Die sorgfältig geplante Überführung von Beobachtungssystemen zu Forschungszwecken in langfristige Beobachtungsprogramme ist zu fördern. 10. Datenmanagementsysteme zur Erleichterung des Zugangs sowie der Nutzung und Auswertung von Daten und Produkten sollten grundsätzlich in Klimaüberwachungssystemen enthalten sein. Tab.2. Die 10 Prinzipien sind von den Vertragsstaaten des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC) an der 5.Vertragsstaatenkonferenz (COP 5) mit dem Entscheid 5/CP.5 im November 1999 genehmigt worden. Die Prinzipien wurden durch den 14.WMO Kongress mit Resolution 9 im Mai 2003 angenommen. (Deutsche Übersetzung: DWD) Motivation Wie einleitend erwähnt verfügt die Schweiz über eine lange Tradition in der Klimabeobachtung. Die langen Klimamessreihen haben bei den betreibenden Institutionen eine historische Bedeutung und wissenschaftlich einen hohen Stellenwert, für die Schweiz und weltweit. Trotzdem wird die Weiterführung von wertvollen langen Messreihen immer wieder in Frage gestellt. Zudem werden lange Monitoring-Reihen im allgemeinen nicht über Forschungsgelder finanziert. Das Ziel des Berichts ist die Zusammenstellung aller klimarelevanten Messreihen der Schweiz, sowie die Identifikation von Ressourcenproblemen bei der Weiterführung der wichtigsten Messreihen. Der Bericht ist primär eine Bestandesaufnahme der aktuellen Situation. Bei Variablen, für welche eine klare gesetzliche Grundlage oder Zuständigkeit fehlt, ist begleitend ein Konzept für das entsprechende Messnetz zu erarbeiten. 10

15 Vorgehen Im Frühling 2006 wurde von ProClim und dem Swiss GCOS Office eine Umfrage bei Hochschulen, Forschungsanstalten und Bundesämtern durchgeführt, um die klimarelevanten Reihen zu erfassen und allfällig vorhandene Probleme der Weiterführung zu identifizieren. Die Kriterien wurden in Anlehnung an ähnliche Studien zur Auswahl von klimarelevanten Stationen zusammengestellt (Müller, 1980; WMO, 1997). Als Hauptkriterium wurde verlangt, dass die Reihe (a) länger ist als 50 Jahre, (b) länger ist als vergleichbare Reihen im Ausland, oder (c) Klimavariablen/Messtechniken betrifft, welche erst seit kürzerer Zeit verwendet werden. Als Nebenkriterien wurden unter anderem die Zugehörigkeit zu internationalen Abkommen/ Datenzentren, die räumliche Repräsentativität, die Qualität der Messreihe und die Verfügbarkeit von Metadaten beurteilt. Am Ende des Fragebogens wurde zudem nach dem finanziellen Ressourcenbedarf für die Weiterführung der Stationen gefragt. Aufbau Der Bericht präsentiert in Kapitel 2 und 3 die in der Schweiz gemessenen Klimavariablen, geordnet nach atmosphärischen (Kapitel 2) und terrestrischen (Kapitel 3) Beobachtungen. Mit der Umfrage wurden alle essentiellen Klimavariablen gemäss Tabelle 1 abgedeckt und mit drei weiteren für die Schweiz wichtigen Variablen («Pollen», «Isotope», «Phänologie») ergänzt. Im Kapitel 4 werden die Internationalen Datenzentren von essentiellen Klimavariablen, welche durch Schweizer Institutionen betrieben werden, vorgestellt. Zudem werden weitere In- ternationale Zentren, welche in der Schweiz betrieben werden und für die Klimabeobachtung eine grosse Bedeutung haben (z.b. Internationale Kalibrationszentren), beschrieben. Kapitel 5 befasst sich mit wertvollen Klimamessreihen im Ausland, welche von Schweizer Institutionen finanziert und/oder betrieben werden. Im Kapitel 6 werden die wichtigsten Erkenntnisse des Berichts in den Schlussfolgerungen zusammengefasst und ein Ausblick in die Zukunft des nationalen Klima-Beobachtungssystems (GCOS Schweiz) gegeben. Einleitung 11

16 2.1 Temperatur Die Temperatur stellt einen Hauptindikator für die Veränderungen des Klimas dar. Dank der langen Messreihen der Temperatur in Bodennähe in der Schweiz seit Mitte des 19. Jahrhunderts können langjährige Trendanalysen durchgeführt werden. Die Auswertungen sind eine wichtige Grundlage für die Untersuchung des anthropogenen Anteils an der globalen Erwärmung. Gesetzliche Grundlagen Gemäss Bundesgesetz über die Meteoro- Messungen Schweiz Die Lufttemperatur in Bodennähe wird von MeteoSchweiz heute an knapp 130 Stationen gemessen. Diese systematischen Messungen Die MeteoSchweiz-Stationen decken nicht nur klimatologische Bedürfnisse ab, sondern dienen auch anderen Nutzergruppen, u. a. für logie und Klimatologie (MetG, SR 429.1) ist reichen teilweise bis Dezember 1863 zurück, als Warnungen, Flugwetter, Bevölkerungsschutz, der Bund verpflichtet, auf dem Gebiet der das erste gesamtschweizerische meteorolo- Landwirtschaft und Tourismus. Das Stations- Schweiz dauernd und flächendeckend me- gische Beobachtungsnetz in Betrieb genom- netz wurde dabei anhand von Bedarfsanalysen teorologische und klimatologische Daten men wurde. Monatswerte auf Papier liegen (Messkonzepte 1980 und 2010) laufend über- zu erfassen. Des Weiteren beteiligt er sich teilweise schon aus früherer Zeit vor, z.b. Basel prüft und optimal über die Schweiz und die un- an Erfassung, Austausch und Auswertung (ab 1755), Genf (1768) oder Grand St. Bernard terschiedlichen Höhenstufen verteilt. von internationalen meteorologischen und (1817). Ab 1980 wurde ein Teil dieser Statio- An jeder automatischen MeteoSchweiz-Station klimatologischen Daten. Zudem sorgt er für nen automatisiert (ANETZ). Die rund 70 ANETZ- werden alle 10 Minuten Messwerte registriert die Bereitstellung von klimatologischen In- Stationen werden momentan gemäss den und an die zentrale Datenbank in Zürich über- formationen sowie für die Umsetzung von neuesten technologischen Entwicklungen er- mittelt. Aus den Temperatur-Messungen wer- Massnahmen als Beitrag zur langfristigen neuert, sowie die restlichen der total rund 130 den auf Stunden-, Tages-, Monats- und Jahres- Sicherung einer gesunden Umwelt. Für diese Stationen bis 2012 ebenfalls in automatische basis das Temperaturmittel, sowie mittlere und Aufgaben ist das Bundesamt für Meteoro- Stationen umgebaut (Projekt SwissMetNet). absolute Extremwerte und zahlreiche weitere logie und Klimatologie MeteoSchweiz zu- Neben den MeteoSchweiz-Stationen gibt es Parameter wie z. B. Frost- oder Hitzetage ab- ständig (MetV, SR ). unzählige weitere Wetterstationen von kanto- geleitet. nalen, kommunalen und privaten Betreibern, Für das Verständnis der Änderungen der Tem- 12 an welchen die Temperatur gemessen wird. peraturverhältnisse in der Atmosphäre werden

17 Lange Reihen und ihre Bedeutung Viele der 1863 ausgewählten Stationsstandorte sind auch heute noch in Betrieb. Im Projekt zahl der Stationen insbesondere im inneralpi- untersucht und homogenisiert. Um die An- NORM90 wurde aus den zwölf grossen Klimaregionen der Schweiz je eine Station ausge- verdichten, wurden 16 weitere Stationen mit nen Raum mit grossen Höhenunterschieden zu wählt, an welcher seit mindestens 1900 Messdaten erhoben werden. Diese langen Reihen wählt (Ausnahme: Jungfraujoch erst ab 1930). langen Messreihen ab mindestens 1900 ausge- wurden auf künstliche Brüche und Trends, verursacht unter anderem durch Stationsverschie- Stationen werden als Swiss National Basic Cli- Diese total 28 klimatologisch bedeutendsten bungen, Instrumentenwechsel und Eichungen, matological Network (NBCN) bezeichnet. Temperatur in der Schweiz Abweichung des Jahresmittels vom Durchschnitt Abweichung [ C] Die jährliche Abweichung des Temperaturmittels in der Schweiz vom langjährigen Durchschnitt (Norm ) als eindrückliches Beispiel für den Klimawandel. Der lineare Trend zwischen 1864 und 2005 beträgt C pro 100 Jahre, womit sich eine Gesamterwärmung von C ergibt (Begert et al., 2005). Die Temperatur ist global gesehen diejenige Messgrösse, an der sich der anthropogene Einfluss auf das Klimasystem am besten nachweisen lässt. Langjährige Temperaturreihen sind des- atmosphärische beobachtungen Jahre über dem Durchschnitt halb entscheidend für die Beobach- Jahre unter dem Durchschnitt tung, Analyse und Quantifizierung 20-jähriges gewichtetes Mittel (Gauss Tiefpassfilter) der Klimaveränderung. Internationale Einbettung Innerhalb des GCOS Surface Network (GSN) der Stationen werden die Daten zusätzlich wird die Temperatur und der Niederschlag welt- auf Tagesbasis zur Verfügung gestellt. In der weit an rund 1000 Stationen gemessen und Schweiz wurden zwei NBCN Stationen als auf Monatsbasis an die GSN Monitoring Zent- GSN Stationen ausgewählt, Säntis und Grand ren bei der Japanese Meteorological Agency St.Bernard. Die 7 NBCN-Stationen Säntis, Grand (JMA) in Tokyo (Temperatur) und beim Deut- St.Bernard, Genf, Sion, Basel, Zürich und Lugano schen Wetterdienst (DWD) in Offenbach (Nie- gehören zum Regional Basic Climatological 28 Stationen des Swiss National Basic Climatolo- derschlag) übermittelt. Bei rund einem Viertel Network (RBCN) der WMO. gical Network NBCN. 2 Stationen gehören zum GCOS Surface Network GSN (rot) und 7 zum Re- gional Basic Climatological Network (rot + blau). neben den Bodenstationen mehrmals täglich Radiosondierungen durchgeführt. Diese verti- Ressourcenbedarf kalen Temperaturmessungen werden immer Der Betrieb der NBCN Stationen ist innerhalb von 3 Jahren teilweise finanziell nicht geplant mehr durch boden- und satellitengestützte des gesetzlichen Auftrags von MeteoSchweiz sind. Für solche ausserordentlichen Aufwän- Fernerkundungsmessungen, sowie in-situ Sen- als gesichert zu bezeichnen. Hingegen hat sich de sind jeweils zusätzliche finanzielle Reserven soren auf Linienflugzeugen ergänzt ( 2.7 bei Stationserneuerungen gezeigt, dass die für vorzusehen. Wasserdampf). GSN-Standards geforderten Parallelmessungen 13

18 2.2 Niederschlag Der Niederschlag stellt zusammen mit der Temperatur einen Hauptindikator für die Veränderungen des Klimas dar. Dank der langen Messreihen des Niederschlags in der Schweiz seit Mitte des 19. Jahrhunderts können langjährige Auswertungen durchgeführt werden. Dies ist insbesondere für Auswirkungen der Klimaänderung auf Wasserkreislauf und Wasserhaushalt interessant. Gesetzliche Grundlagen Gemäss Bundesgesetz über die Meteoro- Messungen Schweiz Der Niederschlag wird von MeteoSchweiz heute an über 400 Stationen gemessen, welche teilweise seit Dezember 1863 betrieben werden. Aus diesen Messungen wird auf Stunden-, Tages-, Monats- und Jahresbasis die Niederschlagssumme abgeleitet. An den NIME-Sta- logie und Klimatologie (MetG, SR 429.1) ist Für einige Stationen reichen die Messreihen bis tionen wird die Niederschlagssumme einmal der Bund verpflichtet, auf dem Gebiet der ins 18. Jahrhundert zurück, teilweise jedoch täglich vom Stationsbetreuer abgelesen und Schweiz dauernd und flächendeckend me- mit grösseren Lücken. Ab 1980 wurde ein Teil einmal monatlich per Post übermittelt. Die teorologische und klimatologische Daten dieser Stationen in automatische Messstatio- NIME-Messwerte stehen somit nicht in Echt- zu erfassen. Des Weiteren beteiligt er sich nen (ANETZ) umgewandelt. Die heute rund 70 zeit zur Verfügung. an Erfassung, Austausch und Auswertung ANETZ-Stationen werden momentan erneuert, Für die Niederschlagsmessung im Hochgebirge von internationalen meteorologischen und sowie rund 60 weitere Stationen (KLIMA, ENET) werden sogenannte Totalisatoren eingesetzt. klimatologischen Daten. Zudem sorgt er für ebenfalls automatisiert (Projekt SwissMetNet). Ein Totalisator misst den Jahresniederschlag die Bereitstellung von klimatologischen In- Die weiteren Niederschlags-Stationen (NIME, standardmässig mit Stichtag 1. Oktober. Teil- formationen sowie für die Umsetzung von Totalisatoren) werden vorerst nicht automati- weise gibt es Zusatzablesungen innerhalb des Massnahmen als Beitrag zur langfristigen siert; im Rahmen eines Niederschlagskonzepts Jahres. Wegen der schwierigen Erreichbarkeit Sicherung einer gesunden Umwelt. Für diese wird aber die Verteilung dieser Stationen in den von vielen Totalisatoren erfolgt jedoch meis- Aufgaben ist das Bundesamt für Meteoro- nächsten Jahren im Detail untersucht und be- tens nur maximal eine Zusatzablesung im logie und Klimatologie MeteoSchweiz zu- arbeitet. Frühling. Damit kann zumindest der Anteil ständig (MetV, SR ). An jeder automatischen MeteoSchweiz-Sta- des Winter- bzw. Sommerniederschlags am Ge- tion wird alle 10 Minuten die Summe des Nieder- samtniederschlag bestimmt werden. 14 schlags innerhalb dieser Zeitspanne gemessen. Neben den in-situ Messungen wird der Nieder-

19 Lange Reihen und ihre Bedeutung Die systematische Erfassung des Niederschlags nur an der NBCN-Station Jungfraujoch wird begann in der Schweiz im Jahre 1863 mit dem der Niederschlag nicht registriert. Als Ergänzung zu den Swiss NBCN-Stationen sollen die Betrieb von anfangs rund 70 mit einem Niederschlagsmesser ausgerüsteten Klimastationen. wichtigsten NIME-Stationen mit täglichen Messungen im Rahmen des Niederschlagskonzepts In den folgenden Jahren stieg die Zahl der Stationen stark an und bereits um 1900 wurde die festgelegt werden. Im Hochgebirge stellen Niederschlagsmenge täglich an mehr als 300 zudem die Totalisatoren-Messungen weitere Standorten abgelesen. Viele der damals gewählten Stationsstandorte sind auch heute noch in licher Auflösung dar. Von den Totalisatoren sind wichtige Niederschlagsreihen mit geringer zeit- Betrieb. Die wichtigsten Stationen sind 27 der aus klimatologischer Sicht 8 mit Priorität 1 und 28 Swiss NBCN-Stationen ( 2.1 Temperatur); weitere 27 mit Priorität 2 zu schützen. Niederschlag in Zürich Verhältnis der Jahressumme zum Durchschnitt Verhältnis Verhältnis der jährlichen Niederschlagssumme von Zürich zum langjährigen Durchschnitt (Norm ), Die Datenreihe zeigt einen signifikanten linearen Trend mit einer Zunahme von rund 10% in 100 Jahren. Zugenommen haben insbesondere die Winterniederschläge (Begert et al., 2005). Lange Datenreihen sind eine Grundlage für das Verständnis der Zusammenhänge und erlauben Aussagen zu Trends und Wiederkehrperioden von Extremereignissen (Starkniederschläge und Trocken- atmosphärische beobachtungen Jahre über dem Durchschnitt perioden). Indirekt sind sie wichtig Jahre unter dem Durchschnitt für Massnahmen zum Hochwasser- 20-jähriges gewichtetes Mittel (Gauss Tiefpassfilter) schutz und die Herleitung von regionalen Klimaszenarien. Internationale Einbettung Die Niederschlagsdaten der GCOS Surface Die Niederschlagsradars werden in Europa Network (GSN) Stationen Säntis und Grand durch das Operational Programme for the Ex- St.Bernard und der Regional Basic Climatolo- change of weather Radar information (OPERA) gical Network (RBCN) Stationen Säntis, Grand von Eumetnet koordiniert. Alle drei Schweizer St.Bernard, Genf, Sion, Basel, Zürich und Lugano Niederschlagsradars sind in das OPERA Pro- werden an das GSN Monitoring Zentrum beim gramm eingebunden. Zudem wird mit den DWD bzw. an die WMO übermittelt. Die Nie- Interreg-Projekten VERBANO und Franche- Rot: Stationen des Swiss National Basic Clima- derschlagsdaten aller MeteoSchweiz-Stationen Comté die Abdeckung mit Niederschlagsra- tological Network NBCN; grün: Niederschlagsra- werden zudem an das Niederschlags-Daten- dars in der Grenzregion zu Italien bzw. Frank- dars der MeteoSchweiz; blau: 8 klimatologisch zentrum in Offenbach übermittelt. reich verbessert. bedeutendste Totalisatoren. schlag auch von den 3 Niederschlagsradars La Dôle, Albis und Monte Lema indirekt aus der Radarreflektivität berechnet. Diese Stationen sind seit 1961 (La Dôle, Albis) bzw Ressourcenbedarf Der Betrieb der NBCN- und NIME-Stationen Die klimatologisch wichtigsten Totalisatoren (Monte Lema) in Betrieb; die Daten werden seit ist innerhalb des gesetzlichen Auftrags von sind nur kurzfristig gesichert, da etwa die Hälfte 1991 systematisch digital archiviert. Damit stel- MeteoSchweiz gesichert. Die nach GSN-Stan- der Stationen durch Dritte finanziert wird und len die Niederschlagsradardaten potentielle lan- dards geforderten Parallelmessungen von drei zudem die kommerzielle Bedeutung des Tota- ge Reihen für zukünftige Auswertungen dar. Jahren sind teilweise finanziell nicht geplant. lisatoren-netzes zurückgeht. 15

20 2.3 Luftdruck Der Luftdruck ist ein bedeutendes Klimaelement, da er sowohl die lokale als auch die grossräumige Luftzirkulation charakterisiert. Er ist eine der wichtigsten Grössen für die Rückwärts- Modellierung von langen globalen meteorologischen Datensätzen. Die langjährige Beobachtung des Luftdrucks ermöglicht unter anderem Aussagen zu Variationen der Wetterlagen. Gesetzliche Grundlagen Gemäss Bundesgesetz über die Meteoro- Messungen Schweiz Der Luftdruck in Bodennähe wird heute an 90 Stationen von MeteoSchweiz gemessen. Die systematischen Messungen begannen 1864 dabei zu weniger grossen Inhomogenitäten in den Datenreihen als die damit verbundenen Standortverschiebungen. Da der Luftdruck mit logie und Klimatologie (MetG, SR 429.1) ist mit der Inbetriebnahme des gesamtschwei- zunehmender Höhe abnimmt, ist die Messung der Bund verpflichtet, auf dem Gebiet der zerischen meteorologischen Beobachtungs- an einer Station stark von der Stationshöhe ab- Schweiz dauernd und flächendeckend me- netzes. Erste Aufzeichnungen für einzelne hängig. Um die Messungen der verschiedenen teorologische und klimatologische Daten Schweizer Standorte wie beispielsweise Basel Stationen vergleichen zu können, werden die zu erfassen. Des Weiteren beteiligt er sich oder Genf gehen jedoch bis ins 18. Jahrhundert Messwerte auf Meeresniveau umgerechnet. an Erfassung, Austausch und Auswertung zurück. Die Daten wurden aber nie aufbereitet Die automatischen Stationen messen den Luft- von internationalen meteorologischen und und sind darum nicht oder nur als Monatsmit- druck alle 10 Minuten. Diese Messwerte wer- klimatologischen Daten. Zudem sorgt er für tel digital verfügbar. den dann zu Stunden-, Tages-, Monats- und die Bereitstellung von klimatologischen In- Historisch wurde der Luftdruck mit Quecksilber- Jahresmitteln weiterverarbeitet. Diese Daten formationen sowie für die Umsetzung von barometern gemessen. Seit der Automatisie- haben nicht nur eine grosse Bedeutung für Massnahmen als Beitrag zur langfristigen rung des Messnetzes kommen vermehrt neue die Klimabeobachtung, sondern sind auch Sicherung einer gesunden Umwelt. Für diese Messtechniken zum Einsatz. An den automati- essentiell für die Beschreibung des aktuellen Aufgaben ist das Bundesamt für Meteoro- schen Stationen wird der Luftdruck mit soge- Atmosphärenzustandes, für die Wetterprog- logie und Klimatologie MeteoSchweiz zu- nannten Aneroidbarometern gemessen: einer nose und die Modellierung. Der Luftdruck wird ständig (MetV, SR ). Blechdose, die sich je nach vorherrschenden neben den MeteoSchweiz-Stationen auch an Druckbedingungen ausdehnt oder zusammen- einigen weiteren Stationen von Privaten, Kan- 16 zieht. Die Umstellung des Gerätetyps führte tonen und Gemeinden gemessen.

21 Lange Reihen und ihre Bedeutung Aus dem ab 1863 aufgebauten schweizeri- Stationen seit 1863 kontinuierliche Datenreihen des Luftdrucks liefert. Es ist jedoch nicht schen meteorologischen Messnetz wurden 28 klimatologisch bedeutende Stationen ausgewählt, die das Klima der Schweiz möglichst sieren, da der Luftdruck räumlich stark korre- vorgesehen, alle 28 Messreihen zu homogeni- gut repräsentieren und charakterisieren ( 2.1. liert und somit die Bearbeitung einzelner ausgewählter Datenreihen für die Beschreibung Temperatur). Diese Swiss National Basic Climatological Network (NBCN) Stationen stellen auch für den Luftdruck die bedeutendsten ausreichend ist. der langjährigen Entwicklung in der Schweiz langen Messreihen dar, da die Mehrheit dieser Luftdruck in Zürich Abweichung des Jahresmittels vom Durchschnitt Abweichung [hpa] Abweichung des jährlichen Luftdruckmittels in Zürich von der Norm zwischen 1959 und Der Verlauf korreliert mit demjenigen der Temperatur und weist auf den Zusammenhang zwischen Wetterlagenhäufigkeiten und regionaler Klimavariabilität hin. Langjährige Luftdruckreihen sind nützlich für die Beschreibung von Langzeitvariationen in der Häufigkeit der Wetterlagen. Zudem sind sie die zentrale Ausgangsgrösse für globale und regionale Reanalysen, welche für die Validierung von Klimamodellen ver- atmosphärische beobachtungen Jahre über dem Durchschnitt wendet werden. Jahre unter dem Durchschnitt jähriges gewichtetes Mittel (Gauss Tiefpassfilter) Internationale Einbettung Vom Swiss NBCN gehören die Stationen gewünschter Parameter, dessen Messung an- Säntis, Grand St. Bernard, Genf, Sion, Basel, gestrebt werden sollte. Im Rahmen der WMO Zürich und Lugano zum Regional Basic Clima- wird zudem auf die Bereitstellung einer inter- tological Network (RBCN) der WMO, das welt- nationalen Luftdruck-Datenbank hingearbei- weit Bodenstationen umfasst. Die zwei tet. In einem ersten globalen Datensatz wur- Stationen Säntis und Grand St.Bernard gehö- den die Bodendruckmessungen (darunter auch ren auch zum GCOS Surface Network (GSN), Schweizer RBCN-Messungen) aus den Jahren 28 Stationen des Swiss National Basic Climatolo- dem weltweit 980 Stationen angehören. Die aufbereitet. Der globale Daten- gical Network NBCN. 2 Stationen gehören zum Luftdruckmessung gehört nicht zu den Mini- satz steht auf monatlicher Basis und mit ei- GCOS Surface Network GSN (rot) und 7 zum Regio- malanforderungen (Temperaturmittel, Nieder- ner räumlichen Auflösung von rund 500km für nal Basic Climatological Network (rot + blau). schlag) des GSN. Der Luftdruck ist jedoch ein den ganzen Globus zur Verfügung. Der bodennahe Luftdruck ist eine der Klimavariablen, welche noch nicht operationell von Ressourcenbedarf Der Betrieb der NBCN Stationen kann innerhalb die für GSN-Standards geforderten Parallel- Satelliten gemessen werden. Das Problem liegt des gesetzlichen Auftrags von MeteoSchweiz messungen von drei Jahren teilweise finanziell dabei insbesondere bei der Genauigkeit, da die als gesichert bezeichnet werden. Hingegen hat nicht geplant sind. zu messenden täglichen Schwankungen viel sich bei Stationserneuerungen gezeigt, dass kleiner sind als die mittleren Luftdruckwerte. 17

22 2.4 Sonnenscheindauer Neben Temperatur, Niederschlag und Luftdruck braucht es weitere bodennahe meteorologische Messungen als Indikatoren für die Veränderungen des Klimas. Zu den wichtigsten an einer Klimastation zusätzlich erhobenen Parametern gehören Windrichtung und -geschwindigkeit, Feuchte, Sonnenscheindauer, Globalstrahlung, Bewölkung und Schnee. Gesetzliche Grundlagen Gemäss Bundesgesetz über die Meteoro- Messungen Schweiz Die klimatologisch wichtigsten Parameter werden von MeteoSchweiz heute an knapp 130 Stationen gemessen. Diese systematischen schlag ( 2.2 Niederschlag) und Luftdruck ( 2.3 Luftdruck) werden in diesem Kapitel die weiteren wichtigen bodennahen meteo- logie und Klimatologie (MetG, SR 429.1) ist Messungen reichen teilweise bis Dezember rologischen Messungen Windrichtung und der Bund verpflichtet, auf dem Gebiet der 1863 zurück, als das erste gesamtschweize- -geschwindigkeit, Feuchte und Sonnenschein- Schweiz dauernd und flächendeckend me- rische meteorologische Beobachtungsnetz in dauer beschrieben. Die Globalstrahlung wird teorologische und klimatologische Daten Betrieb genommen wurde. Ab 1980 wurde ein mit weiteren Strahlungsmessungen im Kapitel zu erfassen. Des Weiteren beteiligt er sich Teil dieser Stationen in automatische Messsta- 2.5 Strahlung behandelt, Bewölkung im Ka- an Erfassung, Austausch und Auswertung tionen (ANETZ) umgewandelt. Die heute rund pitel 2.6 Wolken und die Schneemessungen von internationalen meteorologischen und 70 ANETZ-Stationen werden momentan ge- im Kapitel 3.6 Schneebedeckung. klimatologischen Daten. Zudem sorgt er für mäss den neuesten technologischen Entwick- An den ANETZ-Stationen werden alle 10 Mi- die Bereitstellung von klimatologischen In- lungen erneuert; die restlichen der total 130 nuten ein Momentanwert der Feuchte und ein formationen sowie für die Umsetzung von Stationen werden bis 2012 ebenfalls zu auto- Summenwert der Sonnenscheindauer in den Massnahmen als Beitrag zur langfristigen matischen Stationen umgebaut (Projekt Swiss- vergangenen 10 Minuten gemessen. Die Wind- Sicherung einer gesunden Umwelt. Für diese MetNet). Neben den MeteoSchweiz-Stationen richtung/-geschwindigkeit wird laufend ge- Aufgaben ist das Bundesamt für Meteoro- gibt es unzählige weitere Wetterstationen von messen und daraus alle 10 Minuten Mittel und logie und Klimatologie MeteoSchweiz zu- kantonalen, kommunalen und privaten Betrei- Böenspitze übermittelt. Aus den 10-Minuten- ständig (MetV, SR ). bern, an welchen einige der klimatologisch Werten werden Mittelwerte (Windrichtung und wichtigsten Messgrössen gemessen werden. -geschwindigkeit, Feuchte), bzw. Summenwer- 18 Nach Temperatur ( 2.1 Temperatur), Nieder- te (Sonnenscheindauer) aggregiert.

23 Lange Reihen und ihre Bedeutung In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entstand ein dauerhaftes schweizerisches Mess- 1981) nur dreimal pro Tag gemessen. Aus die- vor der Automatisierung des Messnetzes (ab netz. Die 28 klimatologisch bedeutendsten sem Grund werden die Winddaten erst seit Stationen werden als Swiss National Basic den 1980er Jahren systematisch ausgewertet. Climatological Network (NBCN) bezeichnet Neben den 12 homogenen Temperatur- und ( 2.1 Temperatur). Von der Feuchte reichen Niederschlagsreihen ab 1864 liegen aktuell für die Messreihen an den meisten Stationen bis Luftdruck, Sonnenscheindauer, Dampfdruck, 1863 zurück. Die Sonnenscheindauermessun- Bewölkung, Globalstrahlung und Windgeschwindigkeit homogene Zeitreihen ab 1959 gen wurden erst einige Jahre später und nur an ausgewählten Standorten aufgenommen. (bzw für Globalstrahlung und Wind) Die Windrichtung und -geschwindigkeit wurde vor. Sonnenscheindauer in Zürich Verhältnis der Jahressumme zum Durchschnitt Verhältnis Homogenisierte Sonnenscheindauer in Zürich Die Homogenisierung ist nötig, da langjährige Messreihen meistens nicht unter konstanten Messbedingungen entstanden sind. Veränderungen der Messbedingungen (u.a. Stationsverschiebungen, Umgebungsveränderungen, neue Messinstrumente) können zu abrupten oder schleichenden Zu-/Abnahmen der Messwerte führen, die eine Trendanalyse der Zeitreihe verfälschen. Mit statistischen Verfahren und Auswertung der Stationsgeschichte wird ver- atmosphärische beobachtungen Jahre über dem Durchschnitt sucht, die Inhomogenitäten in den Jahre unter dem Durchschnitt Zeitreihen zu finden und zu korri- 20-jähriges gewichtetes Mittel (Gauss Tiefpassfilter) gieren (Begert et al., 2003). Internationale Einbettung Von den Swiss NBCN Stationen gehören Säntis, Niederschlag, Luftdruck, Schneehöhe, Sonnen- Grand St.Bernard, Genf, Sion, Basel, Zürich scheindauer, relative Feuchte und Bewölkung) und Lugano zum Regional Basic Climatologi- zusammengetragen und auf Inhomogenitäten cal Network (RBCN) der WMO. überprüft. Damit kann der Einfluss von über Im Rahmen des EU-Projekts ENSEMBLES wur- die Zeit unterschiedlichen Messbedingungen de ein europäischer Datensatz mit rund für anschliessende Trenduntersuchungen mi- Stationen und verschiedenen Messgrössen nimiert werden. 28 Stationen des Swiss National Basic Climatolo- (Minimum-, Maximum- und Mitteltemperatur, gical Network NBCN. 2 Stationen gehören zum GCOS Surface Network GSN (rot) und 7 zum Regio- nal Basic Climatological Network (rot + blau). Die bodennahen Messungen der Windrichtung/-geschwindigkeit und der Feuchte werden durch vertikale in-situ Messungen (Radio- Ressourcenbedarf Der Betrieb der 28 Swiss NBCN Stationen Stationserneuerungen gezeigt, dass die Paral- sondierungen, Flugzeuge) und vermehrt auch ist innerhalb des gesetzlichen Auftrags von lelmessungen von drei Jahren teilweise finan- durch Messungen mit boden- und satellitenge- MeteoSchweiz gesichert. Hingegen hat sich bei ziell nicht geplant sind. stützten Fernerkundungsinstrumenten ergänzt ( 2.7 Wasserdampf). 19

24 2.5 Strahlung Die Strahlung ist der Hauptfaktor des Klimasystems und bestimmt in erster Linie die saisonalen und räumlichen Klimaunterschiede. Die Auswirkungen von Treibhausgasen und anthropogenen Aerosolen auf das Klima zeigen sich unmittelbar in einem veränderten Strahlungshaushalt. Diese Änderungen sind messbar und erlauben eine detaillierte Untersuchung von Klimaänderungen. Gesetzliche Grundlagen Gemäss Bundesgesetz über die Meteorolo- Messungen Schweiz Neben der Messung der Globalstrahlung an den Stationen des automatischen Netzes (ANETZ, neu SwissMetNet) betreibt MeteoSchweiz thermische Ausstrahlung der Erdoberfläche erfasst. CHARM und ASRB sind an das GAW Programm der WMO zur globalen Überwachung gie und Klimatologie (MetG, SR 429.1) ist der vier Spezial-Messstationen zur Bestimmung der Erdatmosphäre angeschlossen. Bund verpflichtet, auf dem Gebiet der Schweiz der Strahlungsflüsse vom ultravioletten über Die Station Payerne gehört zudem zum Base- dauernd und flächendeckend meteorolo- den sichtbaren bis zum infraroten Bereich des line Surface Radiation Network (BSRN) zur Un- gische und klimatologische Daten zu erfas- elektromagnetischen Spektrums. Die Statio- tersuchung des globalen Strahlungshaushaltes sen. Er fördert die theoretische Meteorologie nen Jungfraujoch und Davos befinden sich im an der Erdoberfläche ( 4.2 BSRN). Dazu wer- und Klimatologie und führt anwendungs- Alpenraum, während die Stationen Payerne den die kurzwelligen direkten, globalen, dif- orientierte Forschungsprojekte durch. Diese und Locarno-Monti im Mittelland bzw. auf der fusen und langwelligen Strahlungsflüsse ent- Aufgaben werden vom Bundesamt für Me- Alpensüdseite liegen. Dieses Messnetz mit der sprechend den Richtlinien von BSRN und GAW teorologie und Klimatologie MeteoSchweiz Bezeichnung CHARM (Swiss Atmospheric Ra- gemessen. Zum anderen werden kontinuier- wahrgenommen (MetV, SR ). Zudem diation Monitoring) wurde 1995 durch 10 wei- liche Messungen einzelner spektraler Strah- ist die Schweiz Mitglied der Weltorganisation tere alpine Stationen des Alpine Surface Radia- lungsflüsse mit grösster Genauigkeit und ho- für Meteorologie WMO (SR ) und tion Budget (ASRB) Messnetzes ergänzt. An her zeitlicher Auflösung gemessen, um die beteiligt sich gemäss Bundesratsbeschluss allen CHARM- und ASRB-Stationen wird die Aerosol Optische Dicke (AOD) und den Was- vom 25.November 1994 am Global Atmo- kurzwellige Sonnenstrahlung und langwellige serdampfgehalt der Atmosphäre zu bestim- sphere Watch (GAW) Programm der WMO. atmosphärische Gegenstrahlung registriert. An men. Im Rahmen von CHARM sind verschie- drei dieser Standorte wird zusätzlich die reflek- dene Institutionen involviert: MeteoSchweiz, 20 tierte Sonnenstrahlung und die langwellige das PMOD/WRC, die ETH und die Universität