Veränderungen in der Niederschlagscharakteristik Sachsens - Trends extremer Starkniederschläge und Trockenphasen

Motivation:  Das Schadpotential extremer Klimaereignisse für die menschliche Gesellschaft, wurde in den letzen Jahren durch viele Beispiele eindrucksvoll belegt. Die Analyse von Veränderungen in der Häufigkeit und Intensität solcher Ereignisse ist daher von herausragender Bedeutung.

Fotos © Andreas Hoy

Das Untersuchungsgebiet Sachsen liegt im Übergangsbereich überwiegend ozeanisch und kontinental geprägter Klimate. Daher unterscheiden sich die Niederschlagstrends deutlich von den für das westliche Deutschland beobachteten Entwicklungen. Sie zeigen räumlich uneinheitliche und zumeist kleine jährliche Veränderungen.

Untersuchungsgebiet mit regionaler Zuordnung der Niederschlagsstationen

Methodik:  Verschiebungen in den regionalen Niederschlagsmustern sowie den täglichen und monatlichen Niederschlagsextremen wurden für verschiedene Zeiträume (z.B. 1901–2006 und 1951–2000) untersucht und verglichen. Neben stationsbasierten Untersuchungen erfolgten auch regionale Analysen für die identifizierten neun Regionen ähnlicher Niederschlagscharakteristik.

Sächsische Dürrecharakteristika und -trends wurden mittels verschiedener Dürreindikatoren untersucht, während die Bewertung von Veränderungen in den „Nassextremen“ anhand diverser Starkniederschlags- und Nasszeitindikatoren erfolgte. Die bedeutendsten Trocken- und Nassjahre wurden über den Vergleich der Ergebnisse verschiedener Indikatoren ermittelt.

Allgemeine Niederschlagsentwicklung:  Entgegen gerichtete Trends einzelner Monate führten zu Veränderungen im Jahresgang des Niederschlags. So verschoben sich die Winter- und Sommerniederschlagsmaxima vom Januar in den Dezember und vom Früh- in den Spätsommer. Die Niederschlagsveränderungen spiegeln sich auch in den Häufigkeitsverteilungen des Monatsniederschlags wieder, kleine Niederschlagklassen wurden im SHJ häufiger und im WHJ weniger häufig belegt.

Relative lineare Halbjahresniederschlagstrends (SHY = Sommerhalbjahr, Apr. bis Sep.; WHY = Winterhalbjahr, Okt. bis Mrz.) in den neun Regionen für zwei Zeiträume

Trends der Niederschlagsextreme:  Trocken- und Nassperioden treten häufig in weiten Bereichen des Untersuchungsgebietes gleichzeitig und in bestimmten Zeitabschnitten gehäuft auf, was auf eine Abhängigkeit von großräumigen atmosphärischen Zirkulationsmustern hinweist.

Auftreten langfristiger Trocken- (orange) und Nassphasen (blau) in den neun Teilregionen; grau gekennzeichnet sind fehlende Niederschlagsdaten

Die Trends trockener und nasser Niederschlagsextreme folgen häufig den allgemeinen Niederschlagsveränderungen, mit einem Anstieg von Dürrezuständen im SHJ und zunehmenden Nassextremen im WHJ. Entgegen gerichtete Trends, wie leichte Starkniederschlagszunahmen im Sommer, traten im Wesentlichen für Indikatoren extremerer und folglich besonders seltener Ereignisse auf. Sie sind im Allgemeinen jedoch weniger robust und signifikant.

          Sommerhalbjahr                            Winterhalbjahr

Relative lineare Halbjahrestrends der mittleren Trockenperiodenlänge (Trockenperiode = ununterbrochene Folge von Tagen mit weniger als 1 mm Niederschlag); 1951–2000

               Juni                                               Dezember

Relative lineare Monatstrends (links: Juni, rechts: Dezember) der Häufigkeit von Starkniederschlägen (hier als Überschreitungshäufigkeit des 95% Perzentils definiert); 1951–2000

Die Trends trockener Niederschlagsextreme hängen stärker von den Zeitskalen, die durch die einzelnen Indikatoren abgedeckt werden, ab, als die von Nassextremen. Während die Häufigkeit und Andauer kurzer meteorologischer Trockenperioden im SHJ in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts zunahm, verringerte sich die Persistenz langer Trockenzeiten. Die Abnahme in der räumlichen Deckung von Dezil-Nass- und -Trockenperioden in den letzen Jahrzehnten deutet auf eine zunehmende Bedeutung kleinräumiger Niederschlagsmuster hin. Tägliche und monatliche Nassextreme zeigen sehr ähnliche Trends, insbesondere für Indikatoren gemäßigter Extreme.

Viele Indikatoren weisen in ihrer Größe sowie den Trends einen räumlichen Gradienten von SW nach NO auf. Nordöstliche Regionen werden häufiger und schwerwiegender von Dürren betroffen, während die Anstiege in den Nassextremen in den südwestlichen Gebieten des Untersuchungsgebietes am deutlichsten ausfallen.

Die Analyse besonders extremer Dürren und Starkniederschlagsereignisse zeigte, dass aufgrund der großen natürlichen Klimavariabilität, Zeiträume von 50 Jahren unzureichend für eine zuverlässige Trendanalyse solch extremer Ereignisse sind. Die Untersuchung längerer Zeiträume ergab einige Ähnlichkeiten in den Trendmustern im Vergleich zum Zeitintervall 1951–2006, jedoch auch einige bedeutende Abweichungen.

Die Dissertation wurde in englischer Sprache verfasst und ist unter dem Titel "Changes in Saxon Precipitation Characteristics: Trends of Extreme Precipitation and Drought" beim Cuvillier-Verlag erschienen.

Englischsprachige Kurzfassung:

Changes in Saxon Precipitation Characteristics: Trends of Extreme Precipitation and Drought

Changes in regional precipitation pattern as well as in daily, monthly and seasonal precipitation extremes were analysed for more than 100 rain gauge stations in Saxony, Germany and surrounding areas. Trend analysis was done for a variety of heavy precipitation and drought indicators. The results were compared for study periods of different length like 1951–2000 and 1901–2006 and of varying digital data availability.

Usually, the trends of dry and wet precipitation extremes are similar to the general precipitation trends. Drought events increased during the summer half of the year (April to September), while wet extremes got more frequent and severe in the winter half year. Trends opposite to those of average precipitation like the slight increase of heavy precipitation events in summer were mainly noticed for indicators of more extreme and thus particularly rare events. Nevertheless, those tendencies are generally less robust and significant. The spatiotemporal (trend) patterns of individual indicators suggest dependencies of and changes in large scale circulation pattern.