Droht Deutschland auszutrocknen?

Eine Analyse der aktuellen Dürreperiode im Kontext der langfristigen Klimaentwicklung.

Ein Beitrag von Monica Ionita, Patrick Scholz und Klaus Grosfeld (AWI)

In den letzten zwei Jahrzehnten waren die meisten Monate die wärmsten in der Geschichte der Beobachtungen, sowohl global als auch in Deutschland. Global gesehen ist der Klimawandel durch die wärmsten Jahrzehnte seit Beginn der kontinuierlichen Aufzeichnungen sichtbar geworden. Die letzten sieben Jahre waren die wärmsten seit 1881. Bei den Niederschlägen zeigt sich dagegen ein anderer Trend. In Deutschland haben die Niederschlagsmengen nicht abgenommen, aber ihre Verteilung hat sich verändert. In den letzten zwei Jahrzehnten fielen große Niederschlagsmengen in relativ kurzen Intervallen, gefolgt von großen niederschlagsfreien Intervallen. Dies führt dazu, dass die Wasserspeicher in Dürrejahren erweitert werden müssen und das Risiko von Überschwemmungen und Dammbrüchen in Zeiten extremer Niederschläge steigt. Ein dramatisches Beispiel der Folgen von Extremniederschlagsereignissen hat das Ahrtal vor einem Jahr erlebt. Um die zerstörenden Auswirkungen von Dürren sowohl kurz- als auch langfristig zu bekämpfen, müssen Regierungen und andere Entscheidungsträger die Vulnerabilität für Dürren erkennen und die Resilienz hierfür verbessern. Entscheidungsfaktoren können dazu beitragen, sich sowohl auf künftige Dürren als auch auf den Klimawandel vorzubereiten, indem sie den sparsamen Umgang mit Wasser praktizieren und fördern und die Wassereffizienz in Landschaften, Stadtplanung und Wasserinfrastruktur verbessern. Hierzu zählen auch die Ermittlung von alternativen Wasserquellen, das Erstellen von Notfallplänen für Dürreperioden sowie die Ermutigung von Landwirten, dürreresistente Pflanzen anzubauen.

In den nächsten Jahrzehnten werden der anthropogene Klimawandel und die daraus resultierenden Veränderungen im globalen Wasserkreislauf zu einer deutlichen Zunahme der Häufigkeit von Dürren auf der Nordhalbkugel führen. Klimasimulationen (mit Modellen der neuesten Generation für drei verschiedene Emissions- und Entwicklungsszenarien) zeigen, dass sich das Risiko sommerlicher Dürren in den Regionen der nördlichen Hemisphäre deutlich verändern wird. Dabei wird das Dürrerisiko vor allem in den subtropischen Gebieten zunehmen: Wenn die globalen Temperaturen bis 2100 um mehr als 4° C steigen, werden Regionen wie der Mittelmeerraum wahrscheinlich Jahr für Jahr mit schweren Dürren konfrontiert sein (Balting et al., 2021).   

In Europa treten Dürren vor allem im Sommer auf, da ihr Auftreten weitgehend von drei Faktoren abhängt: der Lufttemperatur (je wärmer die Luft ist, desto mehr Feuchtigkeit kann sie aufnehmen, was theoretisch zu mehr Verdunstung führt), den (meist ausbleibenden) Niederschlägen sowie der Menge an Feuchtigkeit, die von der Erdoberfläche verdunstet. Höhere Temperaturen erhöhen die Verdunstung, wodurch sich das Oberflächenwasser verringert und Böden und Vegetation austrocknen. Wärmere Temperaturen im Winter bedeuten auch, dass weniger Schnee fällt, auch in einigen hoch gelegenen Regionen. Eine abnehmende Schneedecke kann ein Problem darstellen, selbst wenn die jährlichen Gesamtniederschläge gleichbleiben. Dies liegt daran, dass viele Wasserbewirtschaftungssysteme auf die Schneeschmelze im Frühjahr angewiesen sind.

Dürre kann definiert werden als "Niederschlagsmangel über einen längeren Zeitraum (in der Regel eine Saison oder mehr), der zu Wasserknappheit führt". Zu den Indikatoren für eine Dürre gehören Niederschlag, Temperatur, Durchflussmenge, Grundwasser- und Stauseepegel, Bodenfeuchtigkeit und Schneedecke. Je nach den Parametern, anhand derer wir Dürre definieren, können wir verschiedene Arten von Dürren unterscheiden: meteorologische Dürre, landwirtschaftliche Dürre, hydrologische Dürre, ökologische Dürre und sozioökonomische Dürre. Je nach Region und Art des Klimas treten sehr schwere Dürren in Jahren auf, in denen weniger als 50 % der normalen Niederschlagsmenge während der Vegetationsperiode fällt. Schwere Dürren treten auf, wenn die Niederschlagsmenge 60-70 % des Normalwerts beträgt, und mäßige Dürren treten in Jahren auf, in denen die Niederschlagsmenge 70-80 % des Normalwerts beträgt.

Die ersten sieben Monate des Jahres 2022 waren durch ein erhebliches Niederschlagsdefizit in Deutschland gekennzeichnet, insbesondere im Frühjahr und Sommer. Der Frühling war das neunte Jahr in Folge trockener als normal und lag bei etwa 67 % des langjährigen Mittels. Insgesamt blieb es im März und Mai deutlich trocken (Abbildung 1). Im April lagen die Niederschläge im Vergleich zu den Vorjahren über der Norm. Auch die Monate Juni und Juli 2022 waren in weiten Teilen des Landes trockener als normal (Abbildung 1). Dieses Niederschlagsdefizit führte zu extrem trockenen Böden am Ende des Frühjahrs und zu Beginn des Sommers, was wiederum erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung der extremen Trockenheit im Juni und Juli hatte.

Die Durchschnittstemperatur im Frühjahr 2022 lag 1,4° C über dem klimatologischen Mittelwert (d.h. 1961 - 1990) (Abbildung 2a). Im Juni 2022 lag die Durchschnittstemperatur auf Landesebene bei 18,4° C, was 3,0° C über dem klimatologischen Mittelwert der Jahre 1961 bis 1990 entspricht. Die höchste Temperatur wurde in der südlichen Hälfte des Landes gemessen (Abbildung 2b). Im Juni 2022 wurden in Sachsen und Brandenburg neue Temperaturrekorde aufgestellt. Am 19. Juni maß der Deutsche Wetterdienst in Dresden-Strehlen und Cottbus jeweils 39,2° C. Dies waren die höchsten Werte in Deutschland. Im Juli 2022 lag die Durchschnittstemperatur bei 19,2° C und damit 2,3° C über der klimatologischen Referenzperiode 1961 bis 1990. Die zweite Monatshälfte war von einer langanhaltenden Hitzewelle geprägt, die im gesamten Bundesgebiet zu Rekordtemperaturen führte. In der südlichen Hälfte des Landes lagen die Temperaturen den größten Teil des Monats über dem klimatologischen Mittelwert. Bis zu 29 Sommertage (Höchstwerte von ≥ 25° C) wurden gezählt. In mehreren Bundesländern wurden Temperaturen über 40° C gemessen und damit der dortige Landesrekord gebrochen: Bad Mergentheim 40,3° C, Hamburg-Neuwiedenthal 40,1° C, Barsinghausen 40,0° C und Huy-Pabstorf 40,0° C, unter anderem.

Folgen des trockenen und heißen Frühjahrs – Hochsommers

Die extrem trockenen Monate März und Mai in Verbindung mit den überdurchschnittlich hohen Temperaturen führten zu einer starken Austrocknung der Böden im ganzen Land. Extrem hohe Temperaturen erhöhen die Evapotranspiration und führen zu einem höheren Wasserbedarf; sie tragen somit wesentlich zur Auszehrung der Böden und zur Schwere der Dürre bei. Die stärkste Austrocknung auf Bodenebene wurde im Juni sichtbar und setzte sich auch im Juli fort, als das ganze Land von einem Feuchtigkeitsdefizit betroffen war (Abbildung 3). Die Böden waren vor allem im Osten und im Einzugsgebiet des Rheins im Südwesten des Landes stark ausgetrocknet, während die Bodenfeuchtigkeit im äußersten Norden und Süden des Landes nicht ganz so niedrig war. Die anhaltende Trockenheit verursachte zunehmende Auswirkungen auf die Landwirtschaft und die Binnenschifffahrt, aber die Gesamtschäden werden erst im Herbst sichtbar werden, wenn sich die derzeitigen Bedingungen hoffentlich entspannen werden.

Die extreme anhaltende Dürre lässt sich auch an vordefinierten Dürreindizes ablesen, in diesem Fall am standardisierten Index der potenziellen Evapotranspiration (Standardized Potential Evapotranspiration Drought Index, SPEI), der über verschiedene Monate kumuliert wird (z. B. 1 Monat und 3 Monate). Ein 1-Monats-SPEI gibt die Wasserverfügbarkeit über einen Monat an, während ein 3-Monats-SPEI die Wasserverfügbarkeit integriert über drei Monate angibt. Durch die Berücksichtigung unterschiedlicher Akkumulationszeiträume hat dieser Index eine multiskalare Eigenschaft und gibt uns somit die Möglichkeit, landwirtschaftliche, hydrologische und sozioökonomische Dürren durch Anpassung des Akkumulationszeitraums für eine bestimmte Region anzunähern. Ein positiver Index bedeutet feuchtere Perioden als normal, während ein negativer Index eine trockenere Periode als normal anzeigt. Je höher die Amplitude des Indexes, desto feuchter / trockener sind die beobachteten Bedingungen. Im April waren die Dürrebedingungen nicht sichtbar, vor allem weil der April 2022 nass genug war, um die Entwicklung potenzieller trockener Bedingungen zu verhindern (Abbildung 4a). Die Situation änderte sich im Mai ziemlich drastisch, als sich die Trockenheit vor allem auf der Seite des Rheineinzugsgebiets zu entwickeln begann (Abbildung 4b). Im Juni entwickelte sich die Trockenheit aufgrund einer Kombination aus Niederschlagsdefizit und Rekordtemperaturen weiter und breitete sich über das ganze Land aus, mit besonderem Schwerpunkt in Thüringen, Sachsen und dem südöstlichen Teil Niedersachsens (Abbildung 4c). Im Juli 2022 verstärkte sich die Dürre weiter, aber die am stärksten betroffenen Gebiete befanden sich im südwestlichen Teil des Landes, mit einem Schwerpunkt auf der deutschen Seite des Rheineinzugsgebiets (Abbildung 4d).

Ein bemerkenswertes Merkmal der anhaltenden Trockenheit ist die zunehmende räumliche Ausdehnung von Niedrigwasser im europäischen Flussnetz. Die europäischen Binnenwasserstraßen bieten ein mehr als 40.000 km langes Netz von Kanälen, Flüssen und Seen, die Städte und Industrieregionen auf dem gesamten Kontinent miteinander verbinden. Das deutsche Binnenwasserstraßennetz - ein integraler Bestandteil des transeuropäischen Wasserstraßensystems - umfasst etwa 7.350 km, von denen etwa 75 % Flüsse und 25 % Kanäle sind. In Deutschland werden fast 6 % der insgesamt transportierten Güter per Binnenschiff befördert (Stand 2017). Ein großer Teil davon geschieht mit rund 78% über die Straße, während auf die Schiene und den Seeverkehr rund 9 % bzw. 7 % entfallen. Für einzelne Gütersparten wie Kohle, Erdöl und Erdgas, Koks sowie Mineralöl- und Chemieprodukte ist die Binnenschifffahrt jedoch für 10 % bis 30 % des Transportaufkommens verantwortlich und hat damit eine deutlich größere Bedeutung (Ionita und Nagavciuc, 2020). Jede Verlangsamung der Schifffahrtszeit führt zu Produktionsbehinderungen in nachgelagerten Produktionsabläufen. Darüber hinaus ist die Binnenschifffahrt auch für den Außenhandel von Bedeutung.

Die täglichen Abflusswerte erreichten in den letzten Wochen in den meisten mitteleuropäischen Flüssen Mindestwerte. In Deutschland erreichten weite Abschnitte des Rheins, der Elbe und der Weser sowie ihrer Nebenflüsse die kritischen Werte für Niedrigwasser. Die Tagesganglinie 2022 am Pegel Kaub zeigt, dass die Wasserstände des Rheins Anfang August kritische Niedrigwasserstände aufwiesen, die die Binnenschifffahrt extrem erschwerten (Abbildung 5a). Am 17. August 2022 erreichte der Wasserstand des Rheins in Emmerich, kurz vor der niederländischen Grenze, aufgrund der extremen anhaltenden Trockenheit einen historischen Tiefstand von -3 cm. Der bisherige Tiefststand am Pegel Emmerich wurde am 30. Oktober 2018 mit 7 cm im Tagesmittel gemeldet. Extrem niedrige Abflüsse werden derzeit auch für die Elbe beobachtet (Abbildung 5b).

Dürre 2022 auf europäischer Ebene

Bereits in den Frühjahrsmonaten des Jahres 2022 waren große Regionen in Europa von der Trockenheit betroffen (Abbildung 9a). Die Dürre entwickelte sich weiter und verstärkte sich zu Beginn des Sommers (Abbildung 9b) und erreichte in einigen Regionen ein noch nie dagewesenes Ausmaß in der gesamten Beobachtungsreihe (Abbildung 10). Diese langanhaltende und extreme Dürre hatte erhebliche Auswirkungen auf die Wasserstände, die Landwirtschaft und die biologische Vielfalt und führte in einigen Ländern (z. B. Frankreich, Italien, Niederlande) zu Wassereinschränkungen. Auch die Aquakultur und die Fischerei leiden unter den sinkenden Wasserständen in Fischteichen und Flüssen, und in einigen Regionen stehen Schifffahrtsbeschränkungen bevor. Die reduzierte Stromversorgung und gelegentliche Stromausfälle sind die Folge von Wasserkraftwerken, die nicht oder nur teilweise in Betrieb sind.

Ende Juli 2022 waren 23,98 % Europas von extremer Trockenheit betroffen (für die Monate Mai/Juni/Juli - SPEI3 Juli), 36,37 % der europäischen Region litten unter schwerer Trockenheit und 47,25 % unter mäßiger Trockenheit (Abbildung 9c). Die am stärksten betroffenen Regionen waren Spanien, Frankreich, Italien, Deutschland und der östliche Teil Europas (Abbildung 9b). Was die extreme Trockenheit betrifft, so ist das Dürreereignis von 2022 durch das größte Gebiet gekennzeichnet, das seit 1950 von extremer Trockenheit betroffen war.

Neben dem Niederschlagsdefizit könnte die derzeitige extreme Trockenheit durch die ab Mai beobachteten extrem hohen Temperaturen noch verschärft worden sein (Abbildung 11). Weniger Bewölkung, mehr Strahlung und trockenere Luft gehen in der Regel mit höheren Temperaturen einher, was die Verdunstung erhöht und die Fähigkeit der Luft zur Wasseraufnahme steigert (pro 10 °C Temperaturanstieg verdoppelt sich die Fähigkeit der Luft zur Wasseraufnahme). Außerdem beginnt die Vegetation bei höheren Temperaturen früher zu wachsen und die sich später entwickelnden Pflanzen können dem Boden erheblich mehr Wasser entziehen, wodurch die Böden weiter entleert werden. Positive Temperaturanomalien führen in den meisten Fällen zu einer höheren Verdunstung als normal und können in Verbindung mit geringeren Niederschlägen während der Vegetationsperiode zu trockeneren Bedingungen im Boden führen. Eine neuere Studie von Ionita und Nagavciuc (2021) zeigt, dass insbesondere im Mittelmeerraum und in Mitteleuropa der Anstieg der Durchschnittstemperatur eine wichtige Rolle für das Auftreten und das Ausmaß von Dürreereignissen spielt, vor allem nach den 1990er Jahren. Der Beitrag der Temperatur zum Dürrerisiko hat insbesondere Auswirkungen auf das künftige Auftreten von Dürreereignissen, da die potenzielle Evapotranspiration, die direkt von der Temperatur beeinflusst wird, bei einer Klimaerwärmung voraussichtlich zunehmen wird.

Was die kommenden Monate betrifft, so sagt das saisonale Klimavorhersagesystem des Deutschen Wetterdienstes für die nächsten drei Monate (Juli-September) in weiten Teilen Europas (mit Ausnahme des nördlichen Teils Europas und Griechenlands) trockenere Bedingungen voraus als im mehrjährigen Durchschnitt von 1991-2020. Die am stärksten von der Trockenheit betroffenen Regionen werden der westliche und zentrale Teil Europas sein. Die derzeitige Situation wird also zumindest für den kommenden Monat andauern, und es kann leider kein eindeutiges Signal zur Entwarnung gegeben werden.

           
          
                      
                         
Literatur:

Balting, D.F., AghaKouchak, A., Lohmann, G., Ionita, M., 2021. Northern Hemisphere drought risk in a warming climate. npj Clim. Atmos. Sci. 4, 61. doi.org/10.1038/s41612-021-00218-2

Ionita, M., Nagavciuc, V., 2021. Changes in drought features at the European level over the last 120 years, Natural Hazards and Earth System Sciences. doi.org/10.5194/nhess-21-1685-2021

Ionita, M., Nagavciuc, V., 2020. Forecasting low flow conditions months in advance through teleconnection patterns, with a special focus on summer 2018. Sci. Rep. 10, 13258. doi.org/10.1038/s41598-020-70060-8

           
          
                      
                         
Kontakt:

Monica Ionita, Patrick Scholz und Klaus Grosfeld
(Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven)