Klima: Grundlagen
Langzeitverhalten (Vergangenheit)
Der Deutsche Wetterdienst zeichnet täglich das Wetter anhand von Temperatur, Niederschlag und anderen Größen an seinen Stationen auf. Es entstehen Zeitreihen, aus denen man über die Auswertung eines Zeitraums von mindestens 30 Jahren Rückschlüsse auf das Klima in einem Gebiet ziehen kann. Zur Beschreibung dienen statistische Größen wie der Mittelwert oder die Variabilität (Schwankungsbereich der Daten). Zusätzlich ist teilweise das gleitende Mittel über 10 Jahre dargestellt. Damit lassen sich die kurzfristigen Schwankungen aus der Zeitreihe glätten und längerfristige Tendenzen besser ablesen.
Abb.: Die Werte einer klimatologischen Größe schwanken innerhalb der natürlichen Variabilität
Um eine möglichst gute räumliche Abdeckung zu erhalten, werden die Stationszeitreihen in die Fläche interpoliert, also mit statistischen Methoden übertragen. Für repräsentative Gebietsmittel der einzelnen Klimagrößen werden die verwendeten statistischen Verfahren entsprechend ihrer Eignung für die jeweilige Größe gewählt. Für die Auswertung und Darstellung der Gebietsmittelwerte werden abhängig von der betrachteten Kenngröße die 15 KLIWA-Regionen oder die 53 KLIWA-Untersuchungsgebiete gewählt. Diese wurden nach den Flussgebieten Süddeutschlands festgelegt und bilden die Grundlage verschiedenster Datenanalysen.
Abb.: Übersicht über die 53 KLIWA-Untersuchungsgebiete und die 15 KLIWA-Regionen.
Veränderungen lassen sich entweder aus der Differenz von Mittelwerten unterschiedlicher Zeiträume erkennen oder aus der Untersuchung von Trends. In KLIWA werden die Klimaveränderungen der Vergangenheit meist als lineare Trends ermittelt. Diese ergeben sich als Differenz der Werte von Anfang und Ende der Trendgeraden innerhalb der untersuchten Zeitperiode. Die Angabe erfolgt für den untersuchten Zeitraum oder oft als absolute Wertänderung pro Jahr (z.B. °C/Jahr). Beim Niederschlag wird der Trend häufig als prozentuale Veränderung vom langjährigen Mittelwert (relative Änderung) angegeben. Das heißt, ein Anstieg von 100 mm Niederschlag ergibt bei einem langjährigen Mittel von 1.000 mm einen relativen Trend von 10 Prozent. Diese relative Betrachtung ist notwendig, da, im Gegensatz zur Temperatur, die Absolutwerte des Niederschlags durch große regionale Unterschiede geprägt sind.
In den aktuellen Untersuchungen von KLIWA umspannen die berücksichtigten meteorologischen Datenserien einen Zeitraum von 1931 bis 2020. Für die hydrologischen Winterhalbjahre wurde die Periode 1932 bis 2020, für die hydrologischen Sommerhalbjahre die Periode 1931 bis 2020 ausgewertet.
Abb.: Schema zur Ermittlung von klimatischen Veränderungen.
Aussagen zum Trend enthalten oft auch die Angabe der "statistischen Signifikanz". Diese beschreibt, ob es sich bei einem Trend um eine tatsächliche Veränderung handelt und nicht überwiegend zufällig durch die natürliche Variabilität der Werte hervorgerufen wird. Hierfür verwendet KLIWA entsprechende statistische Tests, wie den Trendtest nach Mann-Kendall. Die Angabe des Signifikanzniveaus erfolgt meist in Prozent. Je höher das Niveau, desto gesicherter handelt es sich bei einer Veränderung um einen Trend.
Neben den Auswertungen der Zeitreihe und der vorwärtsschreitenden Trends wurden auch Ringdiagramme und Trenddreiecke erstellt. Mit den Ringdiagrammen ist es möglich, sich den Jahresgang der Trends in komprimierter Form anzuschauen. In den Trenddreiecken ist für jede beliebige Zeitreihe zwischen 1931 und 2020 der Trend dargestellt. Da der lineare Trend sehr stark von dem konkreten Anfang und Ende der Zeitreihe abhängt, ist es mit den Trenddreiecken möglich die Stabilität der Trends näher zu betrachten und eindeutige Entwicklungen besser zu identifizieren.
Kennt man die bereits bestehenden Trends in der Vergangenheit und deren Belastbarkeit, hat man gleichzeitig auch eine bestmögliche Datenbasis, um die Veränderungen aus Klimaszenarienrechnungen für die Zukunft besser einordnen zu können. Darüber hinaus bilden die Trends eine solide Entscheidungsgrundlage für die Herleitung von Handlungsempfehlungen.
Nähere Beschreibungen zur Methodik finden sich im aktuellen Monitoringbericht 2021.
