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Abflussprojektionen für die großen Flüsse Deutschlands basierend auf Bias-korrigierten Klimaprojektionen und dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM-ME

Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) erstellt Abflussprojektionen für Pegel in den Einzugsgebieten von Donau, Elbe, Ems, Rhein und Weser und stellt diese als Beitrag und Grundlage zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS) über den DAS-Basisdienst "Klima und Wasser" bereit. Die Projektionen fußen auf den Szenarien und Daten, die auch den Berichten des Weltklimarates zugrunde liegen. Diese globalen Klimadaten werden durch Europäische Wetterdienste und Klimaforschungsinstitute für Europa regionalisiert. Für Deutschland und die internationalen Einzugsgebietsanteile werden diese Daten durch den Deutschen Wetterdienst (DWD) ebenfalls im Rahmen des DAS-Basisdienstes aufbereitet. Die BfG setzt die hydrometeorologischen Größen (Lufttemperatur, Niederschlag, Globalstrahlung, Wind, relative Luftfeuchte) und deren für die Zukunft projizierten Änderungen mittels eines Wasserhaushaltsmodells in Tageswerte hydrologischer Größen (u.a. Abfluss) um. Die hier bereitgestellten Daten basieren auf einem Klimadatenfundus, der im Kontext des 5. IPCC-Sachstandsberichts (IPCC, 2013) durch das globale Coupled Model Intercomparison Project Nr. 5 (CMIP5, Meehl und Bony, 2011) und den europäischen Teil des Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (EURO-CORDEX, Jacob et al., 2014) sowie nationale Modellaktivitäten (ReKliEs-De, Hübner et al., 2017) generiert wurden. Die rohen Klimamodelldaten wurden durch die BfG einer grundlegenden Prüfung unterzogen (Nilson, 2021; Nilson et al., 2014) um unplausible Projektionen auszuschließen. Auf Basis dieser Prüfung ergeben sich somit Ensembles von 16 Abflussprojektionen für das Hochemissionsszenario RCP8.5, 11 Projektionen für das mittlere Szenario RCP4.5 und 10 Simulationen für das bzgl. klimaschutzfortgeschritten optimistische RCP2.6-Szenario. Die verbliebenen Klimaprojektionen wurden durch den DWD aufbereitet. Zu den Aufbereitungsschritten gehört eine multivariate Biasadjustierung (Cannon, 2018) auf Basis des hydrometeorologischen Referenzdatensatzes HYRAS (Tageswerte; z.B. Rauthe et al., 2013) sowie eine räumliche Disaggregierung auf das ebenfalls von HYRAS vorgegebene Raster von 5 km x 5 km. Auf dieser Grundlage wurden durch die BfG Simulationen mit dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM-ME (Version 2019; Fleischer et al., in Vorber.) durchgeführt und in die bereitgestellten 37 Abflussprojektionen generiert. Die Projektionen sind u.a. in Teile der Klimawirkungs- und Risikoanalyse des Bundes für Deutschland eingeflossen (KWRA 2021). Die Veröffentlichung der nächsten Risikoanalyse ist für 2028 geplant (KRA 2028). Die Pflege und Weiterentwicklung der Modelle und Daten erfolgt kontinuierlich u.a. im Rahmen der Ressortforschung der Bundesministerien für Verkehr und Umwelt.

Klimaatlas NRW - Wald- und Forstwirtschaft: Waldbrandgefahr

Dienst bestehend aus Layern zu Wald und Forstwirtschaft. Die Daten des Gruppenlayers Waldbrandgefahr zeigt die Anzahl der Tage pro Jahr, an denen der Waldbrandindex über 4 liegt. Für die Waldbrandgefahr und die forstliche Vegetationszeitlänge stehen sowohl Beobachtungsdaten nach den 30-jährigen Klimanormalperioden im Beobachtungszeitraum 1961-2020 als auch Zukunftsprojektionen für 2031-2060 und 2071-2100 zur Verfügung. Die Klimaprojektionen der Zukunft werden jeweils nach den Klimaszenarien RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5 gegliedert. Neben den absoluten Mittelwerten werden auch die sogenannten Delta Change Raster dargestellt. Für die Beobachtungsraster werden Veränderungen gegenüber der Klimanormalperiode 1991-2020 dargestellt, für die Projektionsraster der beiden Zukunftszeiträume die Veränderungen gegenüber der Referenzperiode 1971-2000. Die Stärke des möglichen Klimasignals wird je Szenario unterteilt nach dem 15., 50. und dem 85. Perzentil.Ebenfalls zeigt ein weiterer Gruppenlayer die mittlere Niederschlagssumme in der tatsächlichen forstlichen Vegetationszeit an. Datenquelle: Deutscher Wetterdienst (DWD); Quellen für Klimaprojektionsdaten: Brienen et al. (2020), Krähenmann (2019)

Klimaatlas NRW - Planung und Bau: Kühlgradtage

Dienst bestehend aus den Rasterlayern zur mittleren Anzahl von Kühlgradtagen [Kelvin*Tag] nach Spinoni. Hier wird der Kühlenergiebedarf durch eine Temperatursumme dargestellt. Die Kühlgradtage werden von der Lufttemperatur abgeleitet und nach dem Verfahren von Spinoni et al. (2015) berechnet. Hierbei wird eine Basistemperatur von 22 °C angenommen. Liegt die Tageshöchsttemperatur unter diesem Wert, wird nicht von einem Kühlbedarf ausgegangen. Die jeweiligen Raster-Layer wurden für die 30-jährigen Mittelwerte der Klimanormalperioden 1951-1980, 1961-1990, 1971-2000, 1981-2010 und 1991-2020 für die beobachtete Vergangenheit berechnet. Ergänzend werden die Änderungen der Klimanormalperiode 1991-2020 bezogen auf 1961-1990 und 1951-1980 dargestellt. Zusätzlich liegen Klimaprojektionen für die Zukunftszeiträume 2031-2060 und 2071-2100 vor, die jeweils nach den Klimaprojektionen RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5 gegliedert sind. Die Stärke des möglichen Klimasignals je Szenario wird unterteilt nach dem 15., 50. und dem 85. Perzentil. Es werden sowohl absolute Mittelwerte als auch sogenannte Delta-Change Raster dargestellt, die die Änderung des Klimasignals gegenüber der Referenzperiode 1971-2000 zeigen. Datenquelle: Deutscher Wetterdienst (DWD); Quellen für Klimaprojektionsdaten: Brienen et al. (2020), Krähenmann (2019), Berechnung durch das LANUK. Weitere Hinweise des Deutschen Wetterdienstes sind zu beachten: https://www.dwd.de/DE/service/rechtliche_hinweise/rechtliche_hinweise_node.html

Abschätzung der Folgen des Klimawandels für gartenbauliche Kulturen in NRW

Die Vorhersage von Klimafolgen auf den Gartenbau erfordert neue Modellierungsansätze, die die Vielfalt gartenbaulicher Kulturen und Produktionsverfahren, sowie deren besonderen Anfälligkeiten gegenüber Klima- und Wetterphänomen gerecht werden. Da konventionelle Herangehensweisen zur Klimaprognose hierfür schlecht geeignet sind, wird ein neuartiger Bayes'scher Modellierungsansatz entwickelt, der durch die Synthese bestehenden Wissens bestmögliche Prognosen und Handlungsempfehlungen erarbeitet. Die zu entwickelnde Methodik basiert auf den Prinzipien der Entscheidungsanalyse, zu deren Bausteinen partizipative Modellierung, probalistische Simulationen und eine sorgsame Berücksichtigung aller bedeutender Unsicherheiten und Risken gehören. Mit diesem Ansatz werden Prognosen für mindestens drei für Nordrhein-Westfalen bedeutende gartenbauliche Kulturen erstellt. Vorgesehen sind Analysen für Spargel, Äpfel und Erdbeeren. Bei gutem Fortschritt können auch Zwiebeln, Kohl, Strauchbeeren, Callunen oder andere Kulturen bearbeitet werden. Dafür werden zunächst unter Einbeziehung von Experten- und Praxiswissen, sowie der Literatur, konzeptionelle Modelle übersetzt, mit Hilfe derer Simulationen durchgeführt werden können. Als Eingangsgrößen dienen sowohl Klimaprojektionen für mehrere Zeithorizonte, als auch geschätzte Bandbreiten für diejenigen Variablen, für die keine objektiven Daten zur Verfügung stehen. Diese Schätzwerte basieren auf allen verfügbaren Quellen , inklusive durch ein spezielles Trainingsprogramm im Schätzen von Wahrscheinlichkeiten geschulten Experten und Praktikern. Die Simulationsergebnisse bilden die Bandbreite der Klimawirkungen auf die modellierten Kulturen ab und erlauben es, die Auswirkungen von Anpassungsmaßnahmen zu simulieren. Zudem können mit Hilfe weiterführender Analysen bedeutsame Wissenslücken aufgezeigt werden, die im Nachgang durch gezielte Untersuchungen adressiert werden können. So erlaubt dieses Vorhaben eine Eingrenzung der zu erwartenden Klimafolgen, ein Aufzeigen bedeutender Unsicherheiten und einen Einblick in vielversprechende Anpassungsmaßnahmen.

Projektionen der Grundwasserneubildung in Deutschland bis zum Jahr 2100 (Datensatz)

Im Rahmen des Projektes WADKlim wurden mit mGROWA Projektionen auf Basis der Ergebnisse der Klimaprojektionen R26-E12-RCA, R85-CA2-CLM und R85-MI5-CLM für die Zeit von 1971 bis 2100 durchgeführt. Neben vielen anderen Größen liefern diese Projektionen auch Zeitreihen der Grundwasserneubildung (GWNB) in hoher räumlicher Auflösung. Im WADKlim Bericht werden diese Zeitreihen kurz andiskutiert und im Hinblick auf die Ausprägung zukünftiger Minimumdekaden der GWNB untersucht (siehe Kap. 2.3.10). Das Ziel der Auswertung im Projekt war es, flächendeckend für ganz Deutschland die Dekaden zu identifizieren, in denen die mittlere jährliche GWNB in den Projektionen ein Minimum erreicht. Die in den Minimumdekaden erreichte GWNB kann dann in Bezug zur jeweiligen historischen Referenzperiode 1971-2000 gesetzt werden. Es liegen teilweise verkürzte Zeitreihen bis 2095 für das Globalmodell MOHC-HadGEM2-ES vor. Das liegt daran, dass diese Modellrechnung bis zum hydrologischen Jahr 2099 lief und einige Zeitreihen innerhalb der Bias-Korrektur des Niederschlags im Rahmen von ReKliEs-De nochmals auf 2095 gekürzt wurden. Um eine höhere Dateikompression zu erzielen, wird die Jahressumme um den Faktor 10 erhöht und als Integerwert (INT2S) bereitgestellt. Nach einer Rückrechnung liegt die Jahressumme mit einer Nachkommastelle vor.

Einfluss einer veränderten Wasserführung auf die Stoffkonzentration in großen Flüssen basierend auf Klima- und Abflussprojektionen (DAS-Basisdienst)

Der Datensatz zeigt den langfristigen Einfluss einer durch den Klimawandel veränderten Wasserführung auf die Konzentration von Stoffen in Fließgewässern bei Niedrigwasser. Hintergrund ist die Verdünnungswirkung der im Fluss vorhandenen Wassermenge. Alle weiteren Einflussgrößen auf die Stoffkonzentration (z. B. eingetragene Stofffracht, Stofftransport und -abbau) wurden dabei vereinfachend als unverändert angenommen. Die Bundesanstalt für Gewässerkunde erzeugt die Ergebnisse mit Hilfe von numerischen Berechnungsverfahren für 56 Standorte in den Einzugsgebieten von Donau, Elbe, Ems, Rhein und Weser. Diese Daten stehen als Beitrag und Grundlage zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS) über den DAS-Basisdienst "Klima und Wasser" frei zugänglich zur Verfügung. Grundlage sind Abflussprojektionen der Bundesanstalt für Gewässerkunde, die ebenfalls im Rahmen des DAS-Basisdienstes frei verfügbar sind (Fleischer et al., 2025). Diese basieren ihrerseits auf globalen und regionalen Klimaprojektionen aus unterschiedlichen Projekten (Coupled Model Intercomparison Project Nr. 5 (CMIP5): Meehl und Bony, 2011; Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (EURO-CORDEX): Jacob et al., 2014; ReKliEs-De: Hübener et al., 2017). Die verwendeten Emissionsszenarien liegen auch den Berichten des Weltklimarates zugrunde. Für die Berechnung der langfristigen Änderungen der Stoffkonzentration wurde ein Ensemble von 16 Abflussprojektionen für das Hochemissionsszenario RCP8.5 berücksichtigt. Angegeben ist die relative Konzentrationsänderung im Vergleich zum Referenzzeitraum 1971-2000 als 30-jähriger gleitender Mittelwert für die Jahre 1971 bis 2099. Die zugrunde liegende Abflussmenge entspricht dem niedrigsten über 7 Tage gemittelten Abfluss in jedem Jahr (hier Wasserhaushaltsjahr von April bis März), der jeweils über 30 Jahre gemittelt wurde (Kennwert "MNM7Q").

Klimaatlas NRW - Wasserwirtschaft: Klimatische Wasserbilanz

Dienst bestehend aus den Rasterlayern zur Klimatischen Wasserbilanz in mm, jeweils für das ganze Jahr und den Jahreszeiten. Die hier dargestellten Rasterlayer zur Klimatischen Wasserbilanz wurden vom Deutschen Wetterdienst mit dem Modell AMBAV berechnet und für den Klimaatlas NRW aufbereitet. Die jeweiligen Raster-Layer wurden jeweils für die 30-jährigen Mittelwerte der Klimanormalperioden 1961-1990, 1971-2000, 1981-2010 und 1991-2020 für die beobachtete Vergangenheit berechnet. Ergänzend werden die Änderungen der Klimanormalperiode 1991-2020 bezogen auf 1961-1990 dargestellt. Zusätzlich liegen Klimaprojektionen für die Zukunftszeiträume 2031-2060 und 2071-2100 vor, die jeweils nach den Klimaprojektionen RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5 gegliedert sind. Die Stärke des möglichen Klimasignals je Szenario wird unterteilt nach dem 15., 50. und dem 85. Perzentil. Es werden sowohl absolute Mittelwerte als auch sogenannte Delta-Change Raster dargestellt, die die Änderung des Klimasignals gegenüber der Referenzperiode 1971-2000 zeigen. Datenquelle: Deutscher Wetterdienst (DWD). Quellen für Klimaprojektionsdaten: Brienen et al. (2020), Krähenmann (2019). Weitere Hinweise des Deutschen Wetterdienstes sind zu beachten: https://www.dwd.de/DE/service/rechtliche_hinweise/rechtliche_hinweise_node.html

Klimaatlas NRW - Wald- und Forstwirtschaft: Vegetationszeitlänge

Dienst bestehend aus Layern zu Wald und Forstwirtschaft. Die Daten des Gruppenlayers Waldbrandgefahr zeigt die Anzahl der Tage pro Jahr, an denen der Waldbrandindex über 4 liegt. Die tatsächliche forstliche Vegetationszeitlänge (berechnet angelehnt nach der Methode Hübener et al. 2017) innerhalb des Gruppenlayers Vegetationszeit im Wald, zeigt die Anzahl der Tage pro Jahr an, an denen die Temperatur über 10°C beträgt und die innerhalb des Beginns und Endes Vegetationszeit liegen. Zusätzlich zu den Rastern der Vegetationszeitlänge werden auch die Raster der klimaitsichen Wasserbilanz und der Niederschlagssumme innerhalb der tatsächlichen forstlichen Vegetationszeitl bereitgestellt. Diese Raster stehen nur die den Beobachtungszeitraum als absoluter Wert zur Verfügung. Für die tatsächliche forstliche Vegetationszeitlänge stehen sowohl Beobachtungsdaten nach den 30-jährigen Klimanormalperioden im Beobachtungszeitraum 1961-2020 als auch Zukunftsprojektionen für 2031-2060 und 2071-2100 zur Verfügung. Die Klimaprojektionen der Zukunft werden jeweils nach den Klimaszenarien RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5 gegliedert. Neben den absoluten Mittelwerten werden auch die sogenannten Delta Change Raster dargestellt. Für die Beobachtungsraster werden Veränderungen gegenüber der Klimanormalperiode 1991-2020 dargestellt, für die Projektionsraster der beiden Zukunftszeiträume die Veränderungen gegenüber der Referenzperiode 1971-2000. Die Stärke des möglichen Klimasignals wird je Szenario unterteilt nach dem 15., 50. und dem 85. Perzentil.Ebenfalls zeigt ein weiterer Gruppenlayer die mittlere Niederschlagssumme in der tatsächlichen forstlichen Vegetationszeit an. Datenquelle: Deutscher Wetterdienst (DWD); Quellen für Klimaprojektionsdaten: Brienen et al. (2020), Krähenmann (2019)

Klimaatlas NRW - Niederschlag: Niederschlagssumme

Dienst bestehend aus Layern zur mittleren Niederschlagssumme in Millimetern. Die Beobachtungsdaten werden in Klimanormalperioden von 30 Jahren unterteilt und erstrecken sich über den Beobachtungsraum 1881-1910 bis 1991-2020. Innerhalb der Zeiträume erfolgt eine Unterteilung in Mittelwerte für Frühling, Sommer, Herbst und Winter sowie für das Jahr. Ab der Klimanormalperiode 1961-1990 kommen die Monate dazu. Ebenfalls kommen Layer zum Einsatz, die die jeweilige Änderung der mittleren Niederschlagssumme eines Zeitabschnittes in Bezug auf zwei Vergleichsabschnitte (1881-1910 und 1991-2020) anzeigt. Zusätzlich werden die Raster zur mittleren Lufttemperatur für die RCP-basierten Klimaprojektionen verfügbar gemacht. Die Raster der Klimaprojektionen werden in zwei Zukunftszeiträumen (2031-2060 und 2071-2100) unterteilt, die jeweils nach den Klimaprojektionen RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5 gegliedert sind. Innerhalb der Zeitabschnitte erfolgt eine Unterteilung in Mittelwerte für Frühling, Sommer, Herbst und Winter sowie für das Jahr. Die Stärke des möglichen Klimasignals je Szenario wird unterteilt nach dem 15., 50. und dem 85. Perzentil. Es werden absolute Mittelwerte und das Änderungssignal (Delta-Change) von 2031-2060 und 2071-2100 bezogen auf 1971-2000 dargestellt. Datenquelle: Deutscher Wetterdienst (DWD). Weitere Hinweise des Deutschen Wetterdienstes sind zu beachten: https://www.dwd.de/DE/service/rechtliche_hinweise/rechtliche_hinweise_node.html

Klimaatlas NRW - Wasser: Wasserhaushaltsmodell mGROWA - Grundwasserneubildung

Dienst bestehend aus den Rasterlayern zur folgenden Wasserhaushaltsgröße Grundwasserneubildung in mm, jeweils für das ganze Jahr. Die hier dargestellten Rasterlayer zum Wasserhaushalt wurden vom Forschungszentrum Jülich mit Hilfe des Modells "mGROWA" im Rahmen einer Kooperation mit dem LANUV NRW berechnet und für den Klimaatlas NRW aufbereitet. Die jeweiligen Raster-Layer wurden jeweils für die 30-jährigen Mittelwerte der Klimanormalperioden 1961-1990, 1971-2000, 1981-2010 und 1991-2020 für die beobachtete Vergangenheit berechnet. Ergänzend werden die Änderungen der Klimanormalperiode 1991-2020 bezogen auf 1961-1990 dargestellt. Zusätzlich liegen Klimaprojektionen für die Zukunftszeiträume 2031-2060 und 2071-2100 vor, die jeweils nach den Klimaprojektionen RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5 gegliedert sind. Die Stärke des möglichen Klimasignals je Szenario wird unterteilt nach dem 15., 50. und dem 85. Perzentil. Es werden sowohl absolute Mittelwerte als auch sogenannte Delta-Change Raster dargestellt, die die Änderung des Klimasignals gegenüber der Referenzperiode 1971-2000 zeigen. Datenquelle: Forschungszentrum Jülich (Frank Herrmann); Quellen für Klimaprojektionsdaten: Brienen et al. (2020), Krähenmann (2019).

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