Klimawandel und Wetteranomalien: Bewertung von Agrar-Umwelt-Maßnahmen
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Klimawandel und Wetteranomalien: Bewertung von Agrar-Umwelt-Maßnahmen
Klimawandel und Wetteranomalien: Bewertung von Agrar-Umwelt-Maßnahmen (B.A.U.M) Schlussbericht, Dezember 2018 Autoren: A. Gericke, M. Matranga, M. Venohr (Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, IGB) P. Carl (Association of Senior Water Experts, ASWEX) Förderung: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit Förderkennzahl: 03DAS074 Laufzeit: 1.10.2015-30.6.2018
Inhalt
Zusammenfassung................................................................................................................................... 1
Danksagung ............................................................................................................................................. 6
Verwendete Abkürzungen....................................................................................................................... 7
Aufgabenstellung und Voraussetzungen................................................................................................. 8
Arbeitspakete und Fragestellungen ...................................................................................................... 10
Ausgangslage und Methoden ................................................................................................................ 14
Untersuchungsgebiet ........................................................................................................................ 14
Verwendete Klimamodelle (AP1) und Analyse von Klimadaten (AP3).............................................. 16
Klimatisch-synoptische Datenanalysen – Methoden und Anwendung (AP2,3) ................................ 20
Klimaprognosen anhand von Beobachtungsdaten ....................................................................... 21
Klimasignale in Abflussdaten ......................................................................................................... 22
Raum-zeitliche Analyse ................................................................................................................. 23
Aktuelle und künftige Folgen des Klimawandels (AP4 & 5) .............................................................. 24
Bodenabtrag durch Wasser und Sedimenteintrag ........................................................................ 24
Wasserhaushalt und Nährstoffeintrag .......................................................................................... 26
Kalibrierung und Qualitätssicherung der hydrologischen Modellierung (AP4) ............................ 28
Regionalisierung Stickstoffbilanz und Maßnahmeneffektivität .................................................... 30
Umfrage (AP6) ................................................................................................................................... 33
Bewertung von Maßnahmen (AP6) ................................................................................................... 33
Vernetzung (AP6) und Zusammenarbeit mit anderen Stellen .......................................................... 34
Projektergebnisse .................................................................................................................................. 36
Befragung von Landwirten und Ausrichtung des Projektes (AP6) .................................................... 36
Leben wir in einem Klimaregime oder in einer Übergangsphase? (AP3) .......................................... 38
Klimaprognosen anhand von Beobachtungsdaten (AP3).................................................................. 41
Raum-zeitliche Analyse (AP3) ............................................................................................................ 45
Klimasignale im Abfluss (AP3) ........................................................................................................... 49
Klassifizierung von Saisonverläufen (AP3)......................................................................................... 53
Ist-Zustand und Folgen des Klimawandels (AP4 & 5) ........................................................................ 55
Niederschlag und Temperatur....................................................................................................... 55
Niederschlagserosivität und Bodenerosion .................................................................................. 57
Wasserhaushalt und Nährstoffeintrag .......................................................................................... 60
Bewertung von Agrar-Umwelt-Maßnahmen (AP6) ........................................................................... 64
Risikogebiete überarbeiten ........................................................................................................... 64
Mit Unsicherheit und zunehmender Klimavariabilität umgehen.................................................. 64
Erosionsrisiken mindern ................................................................................................................ 65
Nährstoffeintrag in Gewässer mindern ......................................................................................... 69
Steigenden Temperaturen und Wassermangel entgegenwirken (Moorschutz)........................... 73
Notwendigkeit und Angemessenheit der Arbeit ................................................................................... 76
Verwendung der Zuwendung hinsichtlich der wichtigsten Positionen ................................................. 77
(Geplante) Veröffentlichungen ............................................................................................................. 77
Anhang .................................................................................................................................................. 80
ii
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1. Untersuchungsgebiet ....................................................................................................... 14
Abbildung 2. Langzeittrend der monatlichen Nährstoffkonzentrationen in den Berliner Gewässern . 15
Abbildung 3. Zustand von Fließgewässern in Brandenburg aufgrund der Nährstoffkonzentration, .... 15
Abbildung 4. Gibt es einen Trend zu geringerem CO2-Ausstoß in die Atmosphäre? ............................ 17
Abbildung 5. Übereinstimmung zwischen Klimamodellen und Stationsdaten ..................................... 18
Abbildung 6. Dekadischer Verlauf der hemisphärisch gemittelten bodennahen Lufttemperatur in
Monatswerten ....................................................................................................................................... 19
Abbildung 7. Verwendete Stationsdaten, 10-minütige Daten für die Überarbeitung der aktuellen R-
Faktoren der ABAG und Tageswerte für die Klimaszenarien, Anzahl der Starkregentage mit
mindestens 20 mm Niederschlag (Mai–Sept.), Mann-Kendall-Trendtest 1981-2010 .......................... 25
Abbildung 8. Korrelation modellierter und gemessener monatlicher Abflüsse für Kalibrierungs- und
Validierungspegel (2004-2010) ............................................................................................................. 30
Abbildung 9. Berechnungsschema der Stickstoff-Flächenbilanz ........................................................... 31
Abbildung 10. Stickstoff-Flächenbilanzen, Kreiswerte 2003–08 ........................................................... 33
Abbildung 11. Dominante Kulturarten häufiger Fruchtfolgen 2013–15 je Landbaugebiet, Häufigkeit
von (geförderten) Maßnahmen (Bindungen), beide aus InVeKoS ........................................................ 34
Abbildung 12. Umfrageergebnisse: Nehmen Sie Wetterveränderungen wahr? Wie ist der Einfluss auf
die Produktion? Welche Maßnahmen würden Sie zum Bodenschutz, Wasserrückhalt und
Nährstoffrückhalt empfehlen (Mehrfachantworten)? .......................................................................... 36
Abbildung 13. Umfrageergebnisse: Welche Ziele soll(t)en durch die Bewirtschaftungsmaßnahme(n)
erreicht werden?, Welche Form der Unterstützung bei der Umsetzung der Maßnahmen wurde Ihnen
zur Verfügung gestellt? ......................................................................................................................... 37
Abbildung 14. Verlauf der globalen Erwärmung 1850‒2017 (Jahreswerte) ......................................... 38
Abbildung 15. Verlauf der hemisphärischen Temperaturänderungen seit 1982 ................................. 39
Abbildung 16. Temperaturanomalien Jan. 1997 bis Apr. 2018 ............................................................. 39
Abbildung 17. Temperaturverlauf an der Station Lindenberg, die drei führenden MPFM-Moden und
ihre Summe für 2013 und 2016............................................................................................................. 40
Abbildung 18. Monsun-Rückzug als kritisches Phänomen .................................................................... 42
Abbildung 19. Erkundung des Prognose-Potenzials der MPFM-Analysen bis 24. Juli 2018 ................. 42
Abbildung 20. MPFM-Analyse bis zum 26. August 2018 und Projektion .............................................. 43
Abbildung 21. MPFM-Spektrogramme 2018: Flüsse der Signalenergie ................................................ 44
Abbildung 22. Projektionen der vierdimensionalen Bewegung des Klimasystems in den
hemisphärischen bodennahen Lufttemperaturen sowie der Nordatlantik- und der Südlichen
Oszillation in monatlicher Auflösung, Januar 1980 bis August 1990 .................................................... 44
Abbildung 23. Mittlere Niederschläge 1991–94 in und um das Land Brandenburg ............................. 46
Abbildung 24. EOFs 1–4 der täglichen Niederschläge über der Region ................................................ 47
Abbildung 25. Hauptkomponenten (PCs) Nr. 1–4 ................................................................................. 48
Abbildung 26. Rekonstruierte SSA-Moden Nr. 1–5 der EOF-PC Nr. 1 und ihre Fourier-Spektren ........ 48
Abbildung 27. EOF 1 des raum-zeitlichen ‚Unterraumes‘, in dem das hier isolierte Monsunsignal in
den Brandenburger Niederschlagsfeldern residiert.............................................................................. 49
Abbildung 28. (G)FSD-Komponentenstruktur des Abflusses und der Sedimentkonzentration 1992, Iller
bei Kempten; WTMM-basierte Singularitätsspektren 1982–92 für die GFSD-Komponentenstruktur
des Abflusses und der Sedimentfracht.................................................................................................. 50
Abbildung 29. FSD-Komponentenstruktur des beobachteten Gesamtabflusses am Dresden-Pegel des
Elbe Hauptstroms, in monatlicher Auflösung 01/1936-08/1946 und 01/1991-08/2001. .................... 51
iii
Abbildung 30. MPFM-Modenstrukturen des Gesamtabflusses sowie der schnellen und langsamen
Komponenten für 01/1036-08/1946 und 01/1991-08/2001 ................................................................ 51
Abbildung 31. Projektionen der vierdimensionalen Bewegung des Klimasystems in den
hemisphärischen bodennahen Lufttemperaturen sowie der Nordatlantik- und der Südlichen
Oszillation in monatlicher Auflösung, Januar 1936 bis August 1946 .................................................... 52
Abbildung 32. Verteilung der Abweichung der Temperaturen vom Mittelwert über den gesamten
Zeitraum, Klimastationen bei Cottbus, Lindenberg und Potsdam ........................................................ 55
Abbildung 33. Steter Anstieg der Wintertemperaturen je 15-Jahres-Periode und der Hitzetage........ 56
Abbildung 34. Niederschlag von Mai bis September und von Oktober bis April .................................. 56
Abbildung 35. Berechnete und geschätzte R-Faktoren der ABAG sowie mittlerer Jahresgang............ 57
Abbildung 36. Ableitung von Gl. 6 als Regressionsmodell .................................................................... 58
Abbildung 37. Änderung geschätzter R-Faktoren für Berlin-Brandenburg, Verhältnis von Gl. 6 zur
aktuellen Gleichung der DIN ................................................................................................................. 59
Abbildung 38. Niederschlagsfaktoren der Bodenabtragsgleichung relativ zu 2001‒15 ...................... 59
Abbildung 39. Räumliche Variabilität des Niederschlags (2021–35) .................................................... 59
Abbildung 40. Heutiger und künftiger Jahresgang des Abflusses bei Ketzin, untere Havel.................. 60
Abbildung 41. Modellauswahl und RCP beeinflussen den Trend der Grundwasserneubildung........... 61
Abbildung 42. Änderung des Wasserstress‘ bei der Umstellung der Landnutzung sowie bei Änderung
des Grundwasserflurabstandes (2004–14) ........................................................................................... 61
Abbildung 43. Stickstoff- und Phosphoreinträge, 2012‒14 .................................................................. 62
Abbildung 44. Effekt des Klimawandels auf den Nährstoffeintrag im Einzugsgebiet der Havel ........... 62
Abbildung 45. Stickstoffeintrag und -konzentration für den Ist-Zustand und 4 Szenarien................... 63
Abbildung 46. Phosphoreintrag und -konzentration für den Ist-Zustand und 1 Szenario .................... 63
Abbildung 47. Maßnahmen können den klimabedingten Anstieg des Erosionsrisikos ausgleichen .... 66
Abbildung 48. Räumliche Variabilität des ökologischen Landbaus, aus InVeKoS 2015 ........................ 67
Abbildung 49. Zeitliche Entwicklung des ökologischen Landbaus in Brandenburg .............................. 67
Abbildung 50. Konservierende Bodenbearbeitung 2016 in den Landkreisen Brandenburgs .............. 68
Abbildung 51. Anteil der Selbstfolge an der Maisfläche in Brandenburg, aus InVeKoS 2013–15 ........ 69
Abbildung 52. Mittlere Gesamtmenge an Stickstoff nach Landnutzung und Bewirtschaftung, 2010–15
............................................................................................................................................................... 69
Abbildung 53. Regionalisierte Stickstoff-Flächenbilanzen, Mittelwerte 2010–15 ................................ 70
Abbildung 54. Mittlere Zusammensetzung der Flächenbilanzen für Stickstoff in Brandenburg für
unterschiedliche Bewirtschaftungsformen (2010‒15) .......................................................................... 71
Abbildung 55. Mittlere Stickstoffbilanzen 2010‒15 für Brandenburg und beispielhaft aus InVeKoS
2015 abgeleitete flächengewichtete Mittel nach dem Umsetzungsgrad von Maßnahmen................. 71
Abbildung 56. Gewässerrandflächen mit erhöhter Umsetzungswahrscheinlichkeit sowie Priorität
aufgrund der Erosionsgefährdung......................................................................................................... 71
Abbildung 57. Zusammenhang von Breite und Effizienz von Gewässerrandstreifen ........................... 72
Abbildung 58. Wären Sie bereit, beim Kauf von Produkten mit nachgewiesener gewässerschonender
Produktion mehr Geld auszugeben?. .................................................................................................... 73
Abbildung 59. Moor- und Moorfolgeböden in beiden Projektregionen und in Brandenburg .............. 74
Abbildung 60. Flächenpotenzial in der Projektregion für moorschonende Stauhaltung auf Grünland 74
Abbildung 61. Maßnahmen auf Acker- und Grünland auf natürlichen und degradierten
Niedermoorflächen ............................................................................................................................... 75
Abbildung 62. Mögliche Neuausweisung der aktuellen Erosionskulisse für die Region Beeskow ....... 81
Abbildung 63. Mögliche Neuausweisung der aktuellen Erosionskulisse für den Landkreis Havelland 82
iv
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1. Inhalte der Arbeitspakete ..................................................................................................... 11
Tabelle 2. Übersicht der verwendeten Klimamodelle ........................................................................... 17
Tabelle 3. Stationen zur Berechnung von R-Faktoren der ABAG .......................................................... 25
Tabelle 4. Übersicht ausgewählter Eingangsdaten zur Aktualisierung von MONERIS bzw. SWIM ....... 27
Tabelle 5. Ablaufkonzentrationen bei Kläranlagenmaßnahmen nach Größenklasse ........................... 28
Tabelle 6. Kalibrierungspegel und erreichte Modellgüte ...................................................................... 29
Tabelle 7. Validierungspegel, weitere Pegel für den Vergleich mit ArcEGMO...................................... 29
Tabelle 8. Quellen des Stickstoffeintrags nach Bewirtschaftung .......................................................... 32
Tabelle 9. Ausgewählte Eingangsdaten zur Berechnung der Flächenbilanzen und Abhängigkeit zur
Landnutzung und Bewirtschaftung sowie Auflösung ............................................................................ 32
Tabelle 10. Maßnahmenumfang der Szenarien .................................................................................... 63
Tabelle 11. Minderung des Stickstoffüberschuss durch Umstellung von konventioneller auf ökolo-
gische und extensive Bewirtschaftung .................................................................................................. 70
v
Zusammenfassung
Das Projekt „Klimawandel und Wetteranomalien: Bewertung von Agrar-Umwelt-Maßnahmen
(B.A.U.M)“ hat sich und seine Ergebnisse in einer für die interessierte Öffentlichkeit gedachten Bro-
schüre unter demselben Titel vorgestellt1. Hier folgt zunächst eine etwas ausführlichere Übersicht,
die näher auf Konzepte und klimatischen Bedingungen der Projektarbeit eingeht, bevor der Projekt-
ablauf und die Ergebnisse weiter unten im Detail beschrieben werden.
Das Projekt B.A.U.M wurde vor dem Hintergrund einer weitgehenden Stagnation in der globalen
Erwärmung entworfen, von der zwar angenommen werden konnte, sie würde bald beendet sein,
wofür es aber bis zum Sommer 2015 noch keine belastbaren Belege gab. Genau genommen, reprä-
sentierte die Erwärmungs-„Pause“ (engl. „hiatus“) im Mittel auch eher eine deutlich verlangsamte
Klimadrift – die allerdings von keinem der gängigen globalen Modelle erfasst worden war, was sich zu
einer handfesten Krise im Vertrauen auf die Ergebnisse der Klimamodellierung entwickelt hatte.
Zwar war bereits im ersten Zwischenbericht (April 2016) die Möglichkeit benannt, das „hiatus“-
Regime könnte in einen erneuten Erwärmungsschub der Art münden wie er zweimal im 20. Jahrhun-
dert aufgetreten war, aber die Erfahrung der fast 20jährigen Vergangenheit ließ noch im Projektan-
trag eher eine allenfalls graduelle Klimaänderung während der Projektlaufzeit erwarten. Zudem gab
es astrophysikalische Hinweise auf eine Verringerung der solaren Einstrahlung bis in die 2030er Jahre
– der aktuelle Sonnenfleckenzyklus ist bereits der schwächste seit fast 200 Jahren (und es gibt auch
nach Projektende noch keinen Nachweis, dass die Talsohle durchschritten sei).
Demgemäß bestand ein Ziel darin, das „hiatus“-Regime genauer zu verstehen, und zu erkunden wie
sich das Klimasystem eventuell daraus lösen würde. Dazu war eine Vielzahl dekadischer Klimaregimes
der Vergangenheit zu analysieren, um etwas darüber zu erfahren, welche dynamischen Strukturen
sich innerhalb solcher Regimes entwickeln, wie das Klimasystem von ihnen ‚eingefangen‘ und wieder
aus ihnen ‚entlassen‘ wird, und inwieweit sie sich in vereinfachte Modellvorstellungen übersetzen
und ggf. zur Vorhersage nutzen lassen. Dabei wurden tatsächlich eingängige geometrische Muster in
der Darstellung der monatlichen hemisphärischen Temperaturentwicklung entdeckt2,3,4, die zum Teil
auf Verhältnisse hinwiesen, wie sie von einfachen dynamischen Modellen her bekannt sind.
Die Datenlage (per August 2015) bei Projektbeginn schien dieses Vorgehen noch zu bestätigen, aber
bereits wenige Monate später war klar, dass hier die Rechnung ohne den Wirt gemacht worden war:
es entwickelte sich 2015/16 ein ‚Jahrhundert-El Niño‘ im tropischen Pazifik, begleitet von einer – von
niemandem erwarteten – extremen Temperatur-Exkursion auf beiden Hemisphären, die ihresglei-
chen sucht seit Beginn systematischer Messungen. Neben dem Ansatz, das beim Projektbeginn an-
scheinend noch etablierte Klimaregime genauer zu verstehen, wurde der überregionale Teil des Pro-
jekts daher zunehmend von der gar nicht vorgesehenen Aufgabe absorbiert, eine Ausnahmesituation
in ihrer Entwicklung zu verfolgen und die Methodik der datenbasierten Klimaprojektion anhand die-
ser Exkursion aus dem „hiatus“-Regime zu entwickeln, statt in dessen Rahmen. Es stand zu befürch-
1
Gericke, Matranga & Carl 2018, siehe Linkliste im Anhang
2
Carl 2015. BAUM Interim Report 1 (2015): Recent multidecadal thermal regimes of the climate system
3
Carl 2016. BAUM Interim Report 2 (2016): „Octopus“, „horseshoe“, „violin clef“, and the like – toward infer-
ring conceptual models of climate dynamics from the data
4
Carl 2016. BAUM Interim Report 3 (2016): Are we going to leave the global „hiatus“? On search for signatures
in the regional water cycle and climate
1
ten, der neue Erwärmungsschub könnte die im Projekt gerade erst zu untersuchenden Anpassungs-
kapazitäten bereits überfordern. Der Ausbruch aus einem dynamischen Regime ist mit der Auflösung
etablierter Rückkopplungen und der substanziellen Änderung vorherrschender Strukturen verbun-
den; eine datenbasierte Prognose, die sich ja auf die Vergangenheit stützt, ‚schiesst‘ dann also ei-
gentlich ins Blaue. Zudem wurde mit dem konkreten Verfahren auch methodisch Neuland betreten.
Durch die Entwicklung alarmiert, aber ohne in „Alarmismus“ zu verfallen, wurde im Projekt das rela-
tive Gewicht der Arbeiten angepasst. Eine zentrale Maßnahme für den Projektpartner ASWEX be-
stand darin, der Beschleunigung des für die Datenanalyse und Prognose gleichermaßen wichtigen
MPFM-Verfahrens2 den Vorrang einzuräumen, um wesentlich umfangreichere Analysen, auch mit
längeren Datenreihen als zuvor, durchführen zu können. Die anderen Projektarbeiten wurden davon
unbeeinflusst durchgeführt, auch um den benötigten Vorlauf für den – letztlich entscheidenden –
regional und lokal orientierten Teil des Projekts zu schaffen. Dazu zählten die Wechselwirkung mit
Landwirten in den beiden Brandenburger Projektregionen Beeskow und Havelland (Interviews und
Fragebogen-Aktion), die Zusammenarbeit mit den entsprechenden Verwaltungen, die hydrologische
Modellierung, sowie die Auswertung der Klimafolgen und Maßnahmeneffekte auf Bodenabtrag,
Wasserhaushalt und Nährstoffeintrag in die Gewässer.
Die Einbeziehung von Landwirten und Verwaltungen bei der Definition von Arbeitszielen war wesent-
lich für die Arbeit des Projekts, das sich in seinem regionalen Bezug der Schnittstelle Klimawandel,
Landwirtschaft und Gewässerökologie widmete. Als Grundlage für die Diskussion von Anpassungs-
maßnahmen bestand natürlich die Aufgabe, die aktuelle Klimaentwicklung sowie prognostizierte
Änderungen für die Region aufzubereiten. Dabei ging es um drei Zeithorizonte: intrasaisonale bis
dekadische Klimaanalysen und datenbasierte Prognosen sollten – und sollen künftig5 – die Landwirte
unterstützen, während ein Vergleich der Ergebnisse mehrerer Klimamodelle für die längerfristige
Perspektive bis Mitte des Jahrhunderts eher für Landes- und Kreisverwaltungen relevant war.
Unsere Umfrage und der Vergleich von Maßnahmenpotenzialen mit Auswirkungen prognostizierter
Klimaänderungen zeigen, dass die Resilienz (d.h. „Widerstandsfähigkeit“) der Landwirtschaft gegen-
über den Folgen des Klimawandels auf einem breiten Portfolio wirksamer Maßnahmen von Landwir-
ten und Verwaltung beruht. Der Informationsbedarf und der benötigte zeitliche Vorlauf zur Klima-
entwicklung fällt unterschiedlich aus, und nicht alle landwirtschaftlich wichtigen Größen bedürfen
gleichermaßen dringend einer Vorhersage (der Bodenwasser-Gehalt nach dem Winter, beispielswei-
se, kann rechtzeitig gemessen werden6). Angesichts der Unsicherheit über konkrete Klimaänderun-
gen vor Ort und deren Auswirkungen auf die Produktion besteht aber die Herausforderung darin,
solche Kombinationen von Maßnahmen zeitgerecht auszuwählen und anzupassen, die sich – bei
ökonomisch und ökologisch vertretbarem Aufwand – an drei Hauptzielen treffen:
1. Bodenfunktionen erhalten und ggf. verbessern,
2. Wasserqualität verbessern, sowie
3. Ernteerträge sichern.
Dies erfordert eine seriöse Einschätzung aktueller und künftiger Risiken sowie vorhandener (auch
zeitlicher) Handlungsspielräume. Dass der Klimawandel spätestens seit den 1920er Jahren zum Teil
5
In einem Begleitschreiben zum Projektantrag hat ASWEX sich bereit erklärt, die Umsetzung der Ergebnisse
auch über das Projektende hinaus zu begleiten; ein Ergebnis dessen war die laufende begleitende Analyse der
Temperaturreihe Lindenberg bis zum Ende der Saison.
6
Persönliche Mitteilung eines Landwirts beim Pflanzenbautag 2018
2
schubweise und mit sich verändernder Variabilität vor sich geht und nicht direkt den allmählichen
Veränderungen in der atmosphärischen Zusammensetzung (Treibhausgase inkl. Wasserdampf, Aero-
sole) bzw. bei anderen Antrieben folgt, ist eine wesentliche, noch nicht allgemein im öffentlichen
Bewusstsein verankerte Erkenntnis. Die während der Laufzeit des Projekts aufgetretene und noch
nicht beendete globale Klima-Anomalie macht das besonders deutlich. Die von uns aufgedeckte hohe
Variabilität des „hiatus“-Regimes, vor dem Hintergrund einer im Mittel nur graduellen Fortsetzung
der Erwärmung (auch der ‚Ausbruchsversuch‘ endete zum Projektende zunächst wieder in diesem
thermischen Umfeld), und die von Klimamodellen prognostizierte weitere Zunahme von Anomalien
(die mit extremen Wettererscheinungen wie z. B. Starkregen einhergehen) in den kommenden Jahr-
zehnten, stellen auch höhere Anforderungen an die Geschwindigkeit, mit der die Landwirtschaft auf
Veränderungen reagieren muss – sowie an deren engere wissenschaftliche Begleitung.
Wir konnten zeigen, wie fortgeschrittene datenbasierte Analysen und Prognosen, in Kombination mit
qualitativer Systemkenntnis zu tropisch-subtropischen Antrieben unseres Regionalklimas aus der
Arbeit mit einem räumlich nur grob auflösenden, aber physikalisch hinreichend komplexen Zirkulati-
onsmodell der Troposphäre, dazu beitragen können.7 Dieses von ASWEX betriebene Klimamodell8
simuliert die Grundmuster des Sommermonsuns, und damit des Wasserkreislaufs, auf der Nordhemi-
sphäre qualitativ korrekt und gestattet es zudem, das (Modell-) Systemverhalten in relativ einfache
geometrische Strukturen zu übersetzen und dadurch besser verständlich zu machen9. Es überrascht,
wie sich Details dieser „Geometrie des Verhaltens“10 in Beobachtungsdaten der Projektregion wie-
derfinden. Dazu gehört für unsere Zwecke vor allem die Ausprägung des intrasaisonalen (30-60-
tägigen) Monsun-Aktivitätszyklus‘, dessen Schwingungsparameter u.a. das Auftreten, die Andauer
und die Stärke von Hitzewellen wesentlich mitbestimmen.
Mit unseren aufwendigen Datenanalysen zollten wir de facto auch dem Aufwand Respekt, der in der
Datenerhebung und -pflege steckt, und dies zusammen führte zu prognose-relevanten Erkenntnissen
über das Regionalklima, zunächst beispielhaft anhand der Temperaturreihe der Station Lindenberg
(Mark) und der Niederschlagsdaten Brandenburgs. Nach einer Testserie ab Ende Juli 2017 zur Vor-
hersagbarkeit11 konnte anhand dieser Temperaturreihe u.a. beim Abschluss-Workshop in Beeskow
ca. vier Wochen im Voraus auf die bevorstehende Entwicklung einer starken Hitzewelle im Hoch-
sommer 2018 hingewiesen werden, weil der entscheidende Zyklus in den Daten in diesem Jahr recht-
zeitig erkannt und seine Periodenlänge etwa richtig abgeschätzt wurde. In den Niederschlagsfeldern
der Projektregion ist die intrasaisonale Aktivität des Monsunsystems ebenfalls nachweisbar, und es
können – mit Hilfe einer im Rahmen des Projekts wesentlich weiterentwickelten iterativen Haupt-
komponenten-Analyse – dieser zeitlichen „Monsunmode“ auch räumliche Niederschlagsmuster in
Brandenburg zugeordnet werden.12 Es gehörte zu den Grundideen des Projekts, nach solchen tro-
7
siehe Fußnote 3 und Carl 2016. BAUM Interim Report 4 (2016): Exit from the „hiatus“ regime – or return? La
Niña prone termination of the 2016 boreal summer
8
Ein Modell aus der sog. „Mintz-Arakawa-Familie“, siehe dazu Arakawa, 2000: A personal perspective on the
early years of General Circulation Modeling at UCLA, In: Randall (Hrsg.) General Circulation Development. In-
ternational Geophysics Series 70. Academic Press, 1–65
9
Carl 2013. A General Circulation Model en route to intraseasonal monsoon chaos, In: Banerjee & Rondoni
(Hrsg.) Applications of Chaos and Nonlinear Dynamics in Science and Engineering 3. Springer, 63–99
10
Abraham & Shaw 1992. Dynamics. The geometry of behavior. Addison-Wesley, 600 S.
11
Carl 2017. BAUM Interim Report 6 (2017): Intraseasonal SAT structures at station Lindenberg (Mark), their
post mortem predictability, and foreshadowing tests
12
Carl 2018. BAUM Interim Report 7 (2018): EOF based spatiotemporal analysis of daily precipitation over the
extended Brandenburg project region
3pisch-subtropischen Einflüssen in der Region zu suchen, und der Ansatz erwies sich als tragfähig. Er
knüpft an Aktivitäten der frühen 1990er Jahre an.13
Nach Extremereignissen kurzer Dauer, wie dem Starkregen Ende Juni oder den Sturmtiefs „Xavier“
Anfang Oktober 2017 und „Friederike" Mitte Januar 2018, stellte der Extremsommer 2018 die Anpas-
sungsfähigkeit nicht nur der Landwirtschaft, sondern der gesamten Volkswirtschaft, auf eine harte
Probe. Es wird wichtiger, sich auf solche Situationen einzustellen – was immer deren konkrete Ursa-
chen oder Auslöser sein mögen; die offenbar bevorstehende bzw. schon begonnene, neuartige Situa-
tion einer sich über zwei, drei Dekaden hinweg verringernden Solarstrahlung (nach mehr als einem
Jahrhundert stetig ansteigender Intensität) könnte weitere Überraschungen mit sich bringen. Im Un-
terschied zum Klimaschutz ist aber das Thema „Klimaanpassung“ bisher noch nicht fest in den Part-
nerregionen etabliert. Wir hoffen, dass unsere Ergebnisse zu einem besseren Verständnis der regio-
nalen Klimadynamik und ihrer Veränderungen sowie zur genaueren Ausweisung von Risikogebieten
im Bereich Bodenabtrag, Stickstoffüberschüsse und Gewässerschutz beitragen.
Für die Meteorologie ist die intrasaisonale Zeitskala des Monsun-Hauptzyklus‘ derzeit noch eine Her-
ausforderung, für die Klimatologie ist es die ENSO-Vorhersage. Die von uns anhand der CRU-Daten
herausgearbeitete interannuelle (und interhemisphärische) Wechselwirkung beider Systeme
(TBO/ENSO), die zu resonanten Zuständen mit dem Potential von Regimewechseln im gesamten Kli-
masystems führen kann – und erst unlängst im Abstand von knapp 20 Jahren führte –, eröffnet die
Chance, auch solche globalen Extrema mit dekadischem Zeithorizont datenbasiert vorauszu’ahnen‘.
Wenn die Natur dies im Programm hat, sollten Politik und Gesellschaft jedenfalls ihre Antworten
möglichst parat haben. Nach den Erfahrungen des Sommers 2018 könnte es nun besser als bisher
gelingen, eine Art „task force“ der beteiligten Regionen zu formieren, die das Geschehen aufmerk-
sam begleitet und Handlungsempfehlungen gibt. In Zusammenarbeit mit Internetplattformen wie
ISABEL des DWD14 und mit dem EMRA-Projekt des ZALF15 sollten daher neben Wetterprognosen auch
regionale Klimainformationen laufend bereitgestellt werden. Den notwendigen fachlichen Hinter-
grund liefert z.B. der ASWEX-Newsletter.
Neben begleitenden Analysen der aktuellen Klimaentwicklung sollten künftige Kooperationen sich
u.a. auch folgenden Themen bzw. Fragen widmen:
1. Vertiefte Analyse der regionalen Klimavergangenheit im Hinblick auf Analogien zur aktuellen
Entwicklung bzw. auf konzeptionelle Hinweise zu deren Verständnis.
2. Erweiterung der Analyse von Temperaturdaten auf andere Parameter und Stationen.
3. Integration regionaler Klimaanalysen (z.B. via ASWEX Newsletter) in Informationsplattformen
für Akteure, ggf. in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Wetterdienst.
4. Weitere Erkundung des Potentials sowie methodischer bzw. prinzipieller Grenzen der intra-
saisonalen bis dekadischen datenbasierten Prognose.
5. Wo sind konkrete (Anpassungs-) Maßnahmen zur Minimierung künftiger Risiken, wie z. B. er-
höhter Nährstoffeintrag in Gewässer, besonders effektiv?
6. Variabilität der berechneten Stickstoffüberschüsse (Flächenbilanzen) zwischen Betrieben
ähnlicher Struktur zur Ableitung von Optimierungspotenzialen.
13
Carl 1995. Veränderungen in der globalen Klimadynamik und ihr Einfluss auf den Großraum Berlin-
Brandenburg. Sachbericht zum Projekt, Förder-Kennzeichen KAI 167, 10108/93/962 und KAI 717-6
14
https://isabel.dwd.de
15
https://emra.julius-kuehn.de/
47. Prüfung modellierter Stickstoff-Flächenbilanzen mit Daten zur Bewirtschaftung und Düngung.
8. Umsetzungspotenzial und Wirkung von Maßnahmen in der Fläche (z. B. Erweiterung der Um-
fragen zur Akzeptanz von Maßnahmen und zu einem Siegel für gewässerschonende Produk-
tion, Vergleich von Bodenproben von Flächen mit und ohne Maßnahmen).
Die im Projekt erzeugten und teilweise überarbeiteten Daten, Modelle und Methoden sind nicht auf
die Untersuchungsregionen beschränkt und prinzipiell für weitergehende Studien verfügbar. Ebenso
wenig wie die aktuelle Klima-Anomalie mit Ende der Projektlaufzeit beendet ist, können unsere
Schlussfolgerungen aber selbst in unserer Projektregion schon endgültig sein. Diese klimatische Aus-
nahmesituation muss über den Verlauf der 2018er Saison hinaus weiter verfolgt werden. Einerseits
ist genauer zu erkunden, wie und mit welcher zeitlichen Wirkung sie sich auf die Bedingungen für die
Landwirtschaft auswirkt, andererseits muss geklärt werden, ob sie nicht bereits Teil einer substanziel-
len Änderung des gegenwärtigen Klimaregimes ist. Zur thermischen und dynamischen Störung ter-
restrischen Ursprungs kommt ja der erwähnte solare Einfluss: Der Energiefluss von der Sonne bewegt
sich auf ein neues breites Minimum zu, ähnlich dem Dalton-Minimum (ca. 1790 bis 1830)16 – genau
genommen, sind wir mit dem aktuellen Sonnenfleckenzyklus Nr. 24 bereits dort angekommen. Wie
die Konkurrenz zwischen weiter ansteigenden Treibhausgas-Konzentrationen und verringertem sola-
ren Input ausfallen könnte, ist derzeit unklar. Wie schon die Erwärmungs“pause“, dürfte die Entwick-
lung sowohl Chancen als auch Risiken bergen und muss auf unterschiedlichen zeitlichen und räumli-
chen Skalen eng begleitet werden. Als auch landwirtschaftlich wichtige Klimaparameter sind neben
der Temperatur, dem Niederschlag und der Verdunstung also auch die Sonnenscheindauer und -
intensität zu analysieren. Hinzu kommen müssten phänologische Untersuchungen auf Pilotflächen,
die den kombinierten Einfluss von CO2 und kurzwelliger Strahlung im Hinblick auf diese Konkurrenzsi-
tuation detailliert genug erfassen können.
Weder pauschale Empfehlungen von Maßnahmen noch „einfache“ Vorhersageregeln sind bisher
sinnvoll aus den Ergebnissen ableitbar. Zu groß sind einerseits die naturräumlichen und betrieblichen
Unterschiede im Projektgebiet, und andererseits besteht ein großer Forschungsbedarf zum Thema
„Klimaanpassung“, der nicht ignoriert werden kann (vgl. die aktuelle BMBF-Ausschreibung zu Re-
gIKlim17). Für regionale Anpassungsstrategien an den Klimawandel soll daher hier an Einsteins Credo
erinnert werden: „So einfach wie möglich, aber so komplex wie nötig“.
16
W. Mende, persönliche Mitteilungen 2017/18; bekräftigt im Gespräch am 10.12.2018 mit M. Knölker, ehem.
Direktor des High Altitude Observatory des National Center for Atmospheric Research, Boulder, Co.
17
https://www.fona.de/de/regiklim-regionale-informationen-zum-klimahandeln-23323.html
5Danksagung
Das Projekt wurde vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei18 (IGB) und der
Forschungseinrichtung ASWEX19 (Association of Senior Water Experts) durchgeführt, in Zusammen-
arbeit mit den Klimaschutzmanagern von Beeskow20 (Landkreis Oder-Spree) und des Landkreises
Havelland21 (beide Brandenburg). Das Zentrum für Agrarlandschaftsforschung22 (ZALF) in Münche-
berg sowie das Landesamt für Umwelt Brandenburg23 (LfU) begleiteten das Projekt.
Für die gute Zusammenarbeit bedanken wir uns besonders bei Dr. T. Conradt (Potsdam-Institut für
Klimafolgenforschung24, PIK), S. Lüdtke (GeoForschungsZentrum Potsdam25, GFZ), U. Häußermann
und Dr. M. Bach (Universität Gießen26), Dr. J. Kiesel (IGB), Dr. D. Deumlich (ZALF), J. Päzolt und A.
Oelze (LfU), M. Matheis (ehemals Klimaschutzmanager Beeskow) sowie bei allen Landwirten, die an
den Interviews und der Umfrage teilnahmen.
Herzlicher Dank gebührt außerdem den Landesämtern für Ländliche Entwicklung, Landwirtschaft und
Flurneuordnung27 (LELF) bzw. Bergbau, Geologie und Rohstoffe28 des Landes Brandenburg, der Was-
serstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes29, der Berliner Senatsverwaltung für Umwelt,
Verkehr und Klimaschutz30, den Landwirtschaftsämtern der Landkreise Havelland und Oder-Spree, K.
Lorenz (ehemals Landesbauernverband), Dr. C. Hoffmann (ZALF) sowie dem Deutschen Wetter-
dienst31 (DWD), der Climate Research Unit32 (CRU) der University of East Anglia und den an EURO-
CORDEX beteiligten Institutionen33 für die Bereitstellung von Daten und Herrn Zimmer (LELF) für die
Diskussion der überarbeiteten regionalen Flächenbilanzen von Stickstoff. Außerdem bedanken wir
uns bei O. Peters und M. Wildner (IGB) für die Umfrage zum Siegel für eine gewässerschonende Pro-
duktion und die Hilfe bei der Aufbereitung der Ergebnisse, sowie bei Prof. Kaupenjohann und den
Mitarbeitern des Labors des Fachgebiets Bodenkunde der TU Berlin34 für die Untersuchung von Bo-
denproben für Teilnehmer an unserer eigenen Umfrage.
Dem Projektträger Jülich (PTJ) sei für die Projektbegleitung, und dem Bundesministerium für Umwelt,
Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMUB) für die Projektförderung, nachdrücklich gedankt.
18
https://www.igb-berlin.de/
19
http://www.aswex.de/
20
https://www.beeskow.de/texte/seite.php?id=96822
21
https://www.havelland.de/umwelt-landwirtschaft/umwelt/klimaschutz/
22
http://www.zalf.de/de
23
https://lfu.brandenburg.de
24
https://www.pik-potsdam.de/
25
https://www.gfz-potsdam.de
26
https://www.uni-giessen.de/fbz/fb09/institute/ilr/wasser
27
https://lelf.brandenburg.de
28
https://lbgr.brandenburg.de
29
https://www.wsv.de/
30
https://www.berlin.de/sen/uvk/
31
https://www.dwd.de
32
http://www.cru.uea.ac.uk/
33
https://euro-cordex.net/
34
https://www.bodenkunde.tu-berlin.de/home/
6Verwendete Abkürzungen
ABAG Allgemeine Bodenabtragsgleichung (d.h. Bodenabtrag durch Wasser)
AL Ackerland
ArcEGMO hydrologisches Modell, zum Vergleich mit dem SWIM-Modell
AUKM Agrar-Umwelt-Klima-Maßnahmen
DWD Deutscher Wetterdienst
ENSO El Niño–Southern Oscillation
EOF Empirische Orthogonalfunktion; Verfahren der raum-zeitlichen Datenanalyse
FSD Verfahren zur Zerlegung von Ganglinien in konzeptionelle Abfluss-Komponenten
GL Grünland
HVL, LOS Landkreise Havelland, Oder-Spree
InVeKoS EU-weites „Integriertes Verwaltungs- und Kontrollsystem“
LBG Landbaugebiet (Gebietseinteilung nach Acker- und Grünlandzahl)
MONERIS Nährstoffeintragsmodell
MPFM („Matching Pursuit“-) Verfahren der Zeitreihenanalyse (mit Frequenzmodulation)
N, TN Stickstoff, Gesamt-Stickstoff
NAO Nordatlantik-Oszillation
NH Nordhemisphäre
NSE Nash-Sutcliffe-Effizienz, Maß der Übereinstimmung von Datenreihen
P, TP Phosphor, Gesamt-Phosphor
R-Faktor Niederschlags- und Abflussfaktor der ABAG, mittlere jährliche Niederschlagserosivität
RR Niederschlagsmenge
RCP Szenarien der Treibhausgaskonzentration als Grundlage von Klimasimulationen
SAT oberflächennahe Lufttemperatur („surface air temperature“)
SH Südhemisphäre
SO Südliche Oszillation
SSA Singular System Analysis; Verfahren der Zeitreihenanalyse („zeitliche EOFs“)
SWIM hydrologisches Modell
WTMM „Wavelet Transform Modulus Maxima“ Verfahren der multifraktalen Analyse
WVT Wavelet-Transformation; Verfahren der Zeitreihenanalyse
7Aufgabenstellung und Voraussetzungen
Etwa die Hälfte der Fläche Brandenburgs wird landwirtschaftlich genutzt. Im Rahmen erwarteter
Klimaänderungen wird mit einer Zunahme lokaler Starkregenereignisse und mit längeren Trockenpe-
rioden in Brandenburg gerechnet35. Auch das bundesweit überdurchschnittlich hohe Winderosionsri-
siko wird wahrscheinlich nicht auf das Niveau vom Ende des letzten Jahrhunderts zurückgehen36.
Änderungen der raum-zeitlichen Verteilung und Stärke von Niederschlägen sowie des Wasserdarge-
bots können gravierende Auswirkungen auf Agrarökosysteme37, auf den Boden- und Landschaftswas-
serhaushalt, auf Ernteerträge38,39 sowie auf den Zustand der Gewässer40 haben. An die Qualität regi-
onaler Klimaprojektionen und das Verständnis der Variabilität des Regionalklimas, als Grundlage der
Entwicklung und Umsetzung flexibler Anpassungsstrategien an den Klimawandel und der Bewertung
von Risiken und Chancen dabei, sind daher hohe Ansprüche zu stellen.
Das Vorhaben adressierte drei Kernthemen:
1. Entwicklung bzw. Überprüfung und Anwendung anschaulicher, übertragbarer Modellvorstel-
lungen zu Klimavariabilität und Klimawandel und deren regionaler Ausprägung sowie Ermitt-
lung und Aufbereitung solcher Merkmale, die sich (in abgestufter Detailliertheit) für die Wis-
sensvermittlung in der fach-spezifischen wie in der breiteren Öffentlichkeit eignen.
2. Vernetzung mit Akteuren sowie Auf- und Ausbau einer gemeinsamen Begriffswelt und Wis-
sensbasis für das Thema „Anpassung an den Klimawandel“.
3. Ermittlung und Bewertung von Wasser- und Nährstoffrückhaltemaßnahmen, basierend auf
einer Umfrage und auf Klimaprojektionen
Mit Hilfe fortgeschrittener Methoden der Datenanalyse thematisierte das Projekt dynamische Aspek-
te und Phänomene der Klimaentwicklung, die auch das Entstehen von Klima- und Wetteranomalien
betreffen, sowie das Potential datenbasierter qualitativer Vorhersagen auf Zeitskalen von intrasaiso-
nal bis dekadisch. Anhand der Ergebnisse von Klimamodellen waren mittelfristige Klimatrends und
ihre Folgen für den Nährstoff- und Wasserhaushalt, als Grundlage für eine Bewertung möglicher An-
passungsmaßnahmen in der Landwirtschaft bzw. im Gewässerschutz, im Havel-Einzugsgebiet (Bran-
denburg) zu untersuchen.
Ein großes Problem für das Verständnis von Veränderungen und die Planung und Umsetzung von
Maßnahmen sind unsichere Klimaaussagen, wie sie auch in der Deutschen Anpassungsstrategie an
exponierter Stelle benannt werden41. Klimamodelle mögen zwar plausibel beschreiben, wie sich das
35
LUGV 2012. Brandenburg-spezifische Boden-Indikatoren für ein Klimamonitoring im Rahmen der Deutschen
Anpassungsstrategie (DAS) sowie Zusammenstellung von aussagefähigen Wirkungs- und Alarmschwellen. Fach-
beiträge des LUGV 126, 67 S.
36
Wurbs & Steininger 2017. Bodenerosion durch Wind – Sachstand und Handlungsempfehlungen zur Gefah-
renabwehr, Umweltbundesamt (Hrsg.), 36 S.
37
Lüttger, Gerstengarbe, Gutsch, Hattermann, Lasch, Murawski, Petraschek, Suckow & Werner 2011. Klima-
wandel in der Region Havelland-Fläming, PIK Report 121, 175 S.
38
Wessolek & Asseng 2006. Trade-off between wheat yield and drainage under current and climate change
conditions in northeast Germany. Eur J Agron 24(4), 333–342
39
Klöcking, Haferkorn & Bräunig 2009. Auswirkungen des Klimawandels auf den Bodenwasserhaushalt in Sach-
sen – Modellierung und Lysimeterbeobachtungen, 13. Gumpensteiner Lysimetertagung, 127–130
40
Quiel, Becker, Kirchesch, Schöl & Fischer 2011. Influence of global change on phytoplankton and nutrient
cycling in the Elbe River, Reg Environ Change 11, 405–421
41
Bundesregierung 2008. Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel, beschlossen am 17.12.2008
8Klima unter bestimmten Voraussetzungen entwickeln wird, wir wissen jedoch weder, wie wahr-
scheinlich diese Voraussetzungen sind, noch wie stabil und robust sich das entsprechende Modell-
klima einstellt. Modelle sind zudem durch Vereinfachung der komplexen Realität beschränkt, und
unterschiedliche Modelle liefern voneinander abweichende Resultate. Es handelt sich also bei der
modellbasierten Projektion stets um mögliche Entwicklungen, nicht um harte, belastbare Prognosen.
In der Praxis können solche Unsicherheiten durch so genannte „No-regret“-Maßnahmen aufgefangen
werden, die ein Nachsteuern erlauben oder unabhängig vom Ausmaß des Klimawandels nützlich
sind. Im Projekt wurde das Thema „Unsicherheit“ durch die Auswertung von Ergebnissen eines En-
sembles von Klimamodellen berücksichtigt.
Sowohl die Datenanalyse als auch die Modellierung beruhen auf bewährten, teils angepassten und
weiter entwickelten Methoden sowie prinzipiell bundesweit verfügbaren Daten. Dies gewährleistet
eine Anwendbarkeit in anderen Gebieten und auf veränderte Situationen. Die Vielfalt der naturräum-
lichen und betrieblichen Bedingungen lässt allerdings keine simple 1:1 Übertragung zu; die regional
und zeitlich spezifische Analyse muss jeweils geleistet werden.
Dem Projekt lagen folgende Thesen bzw. Konzepte und Konzeptionen zugrunde:
1. Die Dynamik des Klimasystems hat einen ausgeprägten Regime-Charakter. Beide Erwär-
mungsschübe des 20. Jahrhunderts waren Regime-Übergänge, deren letzter in die Stagnati-
onstendenz seit Beginn des 21. Jahrhunderts mündete.
2. Dieses „hiatus“ genannte Klimaregime („Pause“ in der globalen Erwärmung) schien Chancen
durch den Zeitgewinn zu bieten, aber auch Risiken durch die scheinbare Entwarnung zu ber-
gen - sowohl für den Klimaschutz als auch für die Anpassung. Sie sollten im Projekt möglichst
klar herausgearbeitet und vermittelt werden (jedoch entwickelte sich dann mit dem El Niño
von 2015/16 eine extreme Klima-Anomalie, die diesen Ansatz in den Hintergrund treten ließ).
3. Angesichts der unklaren dekadischen Perspektive des Klimaverlaufs, vor allem wegen des
Fehlens belastbarer Modellaussagen, sollten modellgestützte Klimaszenarien und deren Re-
gionalisierung mit Hilfe moderner Methoden der Datenanalyse ergänzt werden (nachdem
sich herausstellte, dass nicht nur das „hiatus“-Regime, sondern auch das extreme El Niño-
Ereignis von keinem der Modelle vorhergesagt werden konnte, wurde aber auf eine „Ergän-
zung“ verzichtet und auf rein datenbasierte Szenarien orientiert; Methoden der Wahl sind
MPFM-Analysen und Darstellungen als „Phasenplots“).
4. Regionale Klima- und Wetteranomalien treten nicht isoliert und zufällig auf, sondern sind oft
Teil großräumiger Strukturen der atmosphärischen Dynamik (wie bestens belegt durch die
Klima-Anomalien während der Projektlaufzeit).
5. Ein tieferes Verständnis der Genese solcher Anomalien, ihrer dynamischen Kontexte und In-
dikatoren, ist Bedingung für den Entwurf seriöser, aber anschaulicher konzeptioneller Mo-
dellvorstellungen von Klimavariabilität und -wandel (sowie deren Unterscheidung), wie sie
für lokale Akteure und die erfolgreiche Vermittlung, Planung und Bewertung von Anpas-
sungsmaßnahmen benötigt werden.
6. Durch die regelmäßige Vermittlung von Klimawissen entwickelt sich die Fähigkeit zur qualita-
tiven regionalen und lokalen Prognose auf für die Landwirtschaft relevanten Zeitskalen wei-
ter, auch bei interessierten Akteuren und Teilen der Öffentlichkeit (jetzt unterstützt durch
die Broschüre zum Projektabschluss und den ASWEX-Newsletter seit Mitte 2018).
9Das Projekt B. A. U. M wurde von der Arbeitsgruppe „Nährstoffbilanzen in Flusseinzugsgebieten“ des
Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) geleitet42. Landwirtschaftliche Ein-
träge von Nährstoffen beeinflussen in Ländern wie Deutschland in besonderem Maße den chemi-
schen und ökologischen Zustand der Gewässer. Agrar-Umwelt-Maßnahmen wirken sich positiv auf
den Nährstoffrückhalt und die Gewässerqualität aus. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, mögliche
Antworten der Landwirtschaft auf den Klimawandel besser in der Modellierung der Nährstoffeinträge
abzubilden, die wiederum eine Grundlage für ein Einzugsgebietsmanagement sind.
ASWEX beteiligte sich, um zu erkunden, inwieweit konzeptionelle Vorstellungen von der Dynamik des
globalen Wasserkreislaufs regional wirksam und vor Ort überprüfbar und nutzbar sind. Dazu gehört
die Schärfung des Methodenprofils für einen breiten Bereich raum-zeitlicher Maßstäbe, von den
globalen Playern in der Monsunregion und den tropischen Ozeanen bis hin zu Klima- sowie Pegel-
Stationen im Projektgebiet.
Die Stadt Beeskow ist die erste mit dem „European Energy Award“ (eea) zertifizierte Kommune des
Landes Brandenburg. Der eea berücksichtigt Maßnahmen und Daten zum Klimawandel und zur
Klimaanpassung. Das Projekt wurde dem Handlungsfeld „Entwicklungsplanung, Raumordnung“ (Eva-
luation von Klimawandeleffekten) zugeordnet43.
Der Landkreis Havelland setzt seit 2015 ein Projekt zum Humusaufbau um – als einziger Landkreis im
Rahmen seines Klimaschutzkonzeptes sowie zusammen mit konventionell und biologisch-dynamisch
wirtschaftenden Landwirten. Durch einen höheren Humusgehalt sollen in den meist armen Sandbö-
den mehr Kohlenstoff, mehr Nährstoffe gebunden sowie die Wasserspeicherkapazität der Böden
erhöht werden. Das verbessert die Klimabilanz, aktiviert das Bodenleben und steigert die Erträge ‒
und kann so die Anpassung an den Klimawandel unterstützen.
Arbeitspakete und Fragestellungen
Das Projekt bestand aus sechs inhaltlichen Arbeitspaketen (AP, Tabelle 1). Anhand von Beobach-
tungsdaten und konzeptionellen Erkenntnissen aus der bisherigen Arbeit mit einem globalen
Klimamodell widmeten wir uns vier Fragen (AP 2 und 3):
1. Was verstehen wir unter Klimawandel im Unterschied zur Klimavariabilität?
2. Gibt es überregionale Zusammenhänge, die uns helfen, Klima, Wetter und Hydrologie vor Ort
besser zu verstehen?
3. Welche Signale in Niederschlag und Temperatur lassen sich aus dem kurz-periodischen „Rau-
schen“ isolieren und für die Prognose nutzen?
4. Wie können Zusammenhänge nachvollziehbar dargestellt werden?
Mit weiteren Modellen wurden Folgen des Klimawandels und Potenziale landwirtschaftlicher Maß-
nahmen beispielhaft verglichen hinsichtlich (AP 1, 4 und 5)
1. Niederschlagserosivität und Bodenabtragsrisiko (allgemeine Bodenabtragsgleichung),
2. Wasserhaushalt und Abfluss (öko-hydrologisches Modell SWIM) als Grundlage für
3. Nährstoffeintrag und Zustand der Oberflächengewässer (Nährstoffeintragsmodell MONERIS).
42
https://www.igb-berlin.de/venohr
43
https://www.beeskow.de/seite/333524/european-energy-award.html
10Tabelle 1. Inhalte der Arbeitspakete
AP Inhalt / Themen
1 Bereitstellung Klimamodell- und Stationsdaten, Aufbereitung DWD-Daten, Berechnung der
Niederschlagserosivität, Aufsetzen der Modelle
2 Datenanalyse, Softwareentwicklung: Verallgemeinerung der FSD-Methode, Überarbeitung
MPFM- und EOF-Methoden
3 Klimatisch-synoptische Analysen, multidekadische Klimaschwankungen, Klassifikation von Sai-
sonverläufen, raum-zeitliche Analysen, geometrische Konzepte zum Verständnis und zur Pro-
jektion der überregionalen bis lokalen Dynamik von Klima- und Wetterregimes
4 Erosion, zeitliche und räumliche Variabilität der Niederschlagserosivität, Unsicherheitsanalyse
und Qualitätssicherung der hydrologischen Modellierung
5 Simulation Wasserhaushalt und Nährstoffeintrag, Ableitung von Maßnahmenpotenzialen
durch Vergleich von Szenarien mit dem Ist-Zustand, Integration von Maßnahmen in die Nähr-
stoffeintragsmodellierung mit MONERIS
6 Kapazitätsaufbau und Handlungsoptionen, Erhebung des Informationsbedarfs von Akteuren
(Umfrage), Vernetzung, Bewertung der Maßnahmenwirksamkeit, Wissenstransfer
7 Projektmanagement
Weitere Konsequenzen der beobachteten und prognostizierten Klimaänderungen, wie das veränder-
te Auftreten von „Schädlingen“ oder die gesundheitliche Belastung von Tier und Mensch durch höhe-
re Temperaturen, wurden nicht betrachtet. Die methodischen und inhaltlichen Ergebnisse waren
Grundlage für AP 6. Zur besseren Definition der Arbeitsinhalte in den einzelnen AP führten wir 2016
mehrere Interviews und eine Online-Befragung von Landwirten durch. Nachfolgend sind die Ergeb-
nisse und Meilensteine des Projekts aufgelistet. Eine eingehende Darstellung der Methoden und
Resultate erfolgt in den beiden nächsten Kapiteln.
AP Meilenstein Ergebnisse
1 Ergebnisse erreicht
MS 1.1, 1.2 abgeschlossen, Modellaktualisierung und Kalibrierung landesweit, da we-
der geeignete Pegel noch spezifische Daten verfügbar, SWIM-Modell für
Havel-Einzugsgebiet unterhalb des Spreewalds kalibriert, dazu u.a. Model-
lanpassung zur Abbildung von Fruchtfolgen (S. 26ff.)
2 Ergebnisse erreicht
MS 2.1, 2.2 abgeschlossen, GFSD-Software bereit für den operationellen Einsatz44, al-
lerdings bisher keine konkrete Anforderung aus der Praxis (Bereitschaft zur
Anwender-Schulung besteht); wichtigste Nachfrage bisher: GFZ.
MS 2.3, 2.4 abgeschlossen. Der erreichte Beschleunigungseffekt der MP-FM-Software
um zwei Größenordnungen ist so hoch, dass die Rechenzeit gegenüber der
Zeit zur Datenvorbereitung und zur Auswertung der Ergebnisse oft nur
noch eine untergeordnete Rolle spielt.
MS 2.5, 2.6 abgeschlossen, EOF/SSA-Software für raum-zeitliche Analyse über das Pro-
jektziel hinaus teilautomatisiert, getestet, einsatzbereit, und u.a. auf Bran-
44
Carl 2017. BAUM Interim Report 5 (2017): Back to the roots – non-negativity preserving hydrological data
disaggregation in space, time, and function.
Damit liegt ein Manuskript zur GFSD-Anwendung auf die Signalkette Niederschlag – Abfluss – Sediment als
Vorstufe einer Publikation vor, in dem auch die hier nicht ausdrücklich diskutierte Multifraktale Analyse als
Diagnostik-Methode, u.a. zum Vergleich Modell/Beobachtung, zum Zuge kommt. Mehrfache Vorstellung des
Konzepts und von Ergebnissen auf Konferenzen. Die Software ist unter UNIX, LINUX und auf Windows-
Plattformen lauffähig. Spezielle Erweiterung in Zusammenarbeit mit dem GFZ, um den GFSD-Kern durch andere
Software aufrufen zu können, wie beispielsweise als Option bei der Kalibrierung hydrologischer Modelle.
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