Klimawandel und Wasserwirtschaft: »Zusammenhänge zwischen Klima und Wassertemperatur in Oberflächengewässern«

Titel:

Klimawandel und Wasserwirtschaft: »Auswertung und Darstellung der Zusammenhänge zwischen Klima- und Wassertemperaturdaten in Oberflächengewässern«

Projektziel:

Statistische Auswertung der gesammelten Temperaturdaten zu Fließgewässern in Bezug auf Lufttemperaturen, erste Abschätzung zur Entwicklung der Wassertemperaturen aufgrund des projizierten Klimawandels

Projektergebnisse:

Anhand aktuell gemessener Wasser- und Lufttemperaturen wurden lineare und nichtlineare Regressionsbeziehungen zwischen den beiden Größen ermittelt. Die Lufttemperatur wurde, je nach Datenlage, über unterschiedlich lange vorangegangene Zeiträume gemittelt und den an konkreten Pegeln bzw. Probenahmestellen gemessenen Wassertemperaturen gegenübergestellt. Diejenige Gegenüberstellung mit der geringsten Reststreuung um die Regressionsbeziehung am Pegel wurde zur Prognose von Veränderungen herangezogen.

Die statistisch signifikanten Beziehungen zwischen Wasser- und Lufttemperaturen wurden genutzt, um den Einfluss der steigenden Lufttemperaturen, die durch das regionalisierte Klimamodell WEREX IV für Sachsen projiziiert werden, auf die zukünftige Entwicklung der Wassertemperatur in den Fließgewässern quantitativ abzuschätzen. Grundlage für die Analyse ist das Modellszenario A1B, das von einem moderaten CO2-Anstieg in der Atmosphäre bei einer ausgewogenen Nutzung fossiler und nichtfossiler Energieträger im 21. Jahrhundert ausgeht.

Die Steigung der Regressionsgeraden der Abhängigkeit der Wassertemperatur von der Lufttemperatur ist ein Maß für die Veränderung der Wassertemperatur außerhalb von kalten und sehr warmen Zeiträumen (5 °C < Lufttemperatur < 20 °C). Die Steigung in den größten und durchflussreichsten Fließgewässer in Sachsen (Elbe; Unterlauf der Freiberger Mulde; Unterlauf der Zschopau; Unterlauf der Zwickauer Mulde; Vereinigte Mulde; Unterlauf der Weißen Elster) liegt bei etwa 1.0, d. h. die Veränderung der mittleren Lufttemperatur um 1 Kelvin (K) hat eine Veränderung der Wassertemperatur um 1 K zur Folge.

Die abgeschätzten Anstiege der Wassertemperatur ausgehend vom Zeitraum 1971-2000 bis zum Prognosezeitraum 2041-2060 liegen in diesen Flüssen in der selben Größenordnung. Der mittlere Temperaturanstieg im Winter beträgt etwa 1.5 K, im Frühjahr nur 0.4 K und im Sommer bzw. Herbst ca. 1.25 K.

Die größten Anstiege der Wassertemperatur der genannten Fließgewässer sind ebenso wie bei der Lufttemperatur im Winter zu erwarten, die geringsten Anstiege im Frühjahr. Sommer und Herbst unterscheiden sich nicht hinsichtlich des Anstieges der Wassertemperatur. Bei den Maximaltemperaturen im Sommer sind ähnliche Anstiege wie bei den durchschnittlichen Sommertemperaturen zu erwarten. Die mittlere Steigerung der Wassertemperatur erfolgt in einem Temperaturbereich, in dem eine zunehmende Abkühlung durch Freiwasserevaporation oder andere dämpfende Prozesse noch keine wesentliche Bedeutung haben.

Die Steigung der Regressionsgeraden ist in den Unterläufen der Flüsse am größten und wird mit zunehmender Höhenlage, mit zunehmender Nähe zur Quellregion und mit abnehmender Einzugsgebietsgröße deutlich kleiner. Als ein wesentlicher Grund für diesen Sachverhalt kann der Einfluss des Grundwassers auf die Wassertemperatur genannt werden. Damit sind kleine durchflussschwache Fließgewässer mit kleinen Einzugsgebieten, insbesondere in Quellnähe und im Hügelland bzw. Mittelgebirge, am wenigsten von der projiziierten Erwärmung betroffen. Dieser Zusammenhang wurde bei allen Fließgewässern mit längerem Fließweg gefunden.

Die Fließgewässer mit geringerer Abhängigkeit der Wassertemperatur von der Lufttemperatur befinden sich in unterschiedlicher Höhenlage von der Kammregion des Erzgebirges bis zum Erzgebirgischen Becken. Der prognostizierte Anstieg der Wassertemperatur ist deutlich geringer als bei den großen Flüssen und beträgt im Winter weniger als 1 K, im Frühjahr ca. 0.3 K und im Sommer-Herbst 0.75 K. Es sind keine Unterschiede zwischen dem Anstieg der mittleren und maximalen Temperatur im Sommer festzustellen.

Die übrigen Fließgewässer vermitteln hinsichtlich der Temperaturdynamik und Temperaturveränderung zwischen den beiden genannten Grenzfällen, einer geringen Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen in den quellnahen Bächen und einer starken Abhängigkeit bei den großen Flüssen. Dabei können keine regionalen Unterschiede festgestellt werden. Die Unterschiede sind insgesamt gering und sind methodisch begrenzt auf ein Maximum, welches der Veränderung der Lufttemperatur entspricht.