Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern
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Bayerisches Landesamt
für Wasserwirtschaft
Deutscher Wetterdienst
Langzeitverhalten
der Schneedecke in
Baden-Württemberg und Bayern
KLIWA-Projekt A 1.1.4
„Flächendeckende Analyse des Langzeitverhaltens
verschiedener Schneedeckenparameter
in Baden-Württemberg und Bayern“
KLIWA-Projekt A 1.1.5
„Erarbeitung und Bereitstellung von langen Reihen
des Niederschlagsdargebots
(Regen und Wasserabgabe aus der Schneedecke)
zur Berechnung von Gebietswerten
in Baden-Württemberg und Bayern“
KLIWA-Berichte
Heft 6
IMPRESSUM
Herausgeber Arbeitskreis KLIWA
(Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg,
Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft,
Deutscher Wetterdienst)
ISBN 3-937911-18-9
Bearbeitung Dr. Thilo Günther
Dr. Martin Rachner
Dipl.-Met. Helga Matthäus
Deutscher Wetterdienst,
Abteilung Hydrometeorologie
Redaktionelle Bearbeitung OBR H. Straub,
Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg
Dr. L. Zimmermann
Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft
Deutscher Wetterdienst,
Abteilung Hydrometeorologie
Umschlaglayout Stephan Riedlberger - Graphik Design, München
Druck Druckhaus Fritz König GmbH
Stahlgruberring 24, 81829 München
Umwelthinweis Druck auf Recyclingpapier
Bezug über Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft
Referat 11
Lazarettstr. 67, 80636 München
Fax: 089-9214-1689
Mail: lothar.zimmermann@lfw.bayern.de
Nachdruck - auch auszugsweise - nur mit Zustimmung der Herausgeber unter Quellenangabe
und Überlassung von Belegexemplaren gestattet.
Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern
KLIWA-Projekt A 1.1.4 / A 1.1.5
Flächendeckende Analyse des Langzeitverhaltens verschiedener Schneedeckenparameter
in Baden-Württemberg und Bayern (A 1.1.4)
Erarbeitung und Bereitstellung von langen Reihen des Niederschlagsdargebots
(Regen und Wasserabgabe aus der Schneedecke) (A 1.1.5)
Inhaltsverzeichnis Seite
Zusammenfassung.................................................................................................................. 5
1 Einleitung ..................................................................................................................... 7
2 Bedeutung der Schneehydrologie ................................................................................ 9
3 Aufgabenstellung ....................................................................................................... 11
3.1 Vorbemerkung zu Untersuchungen des Langzeitverhaltens....................................... 11
3.2 Regionale Gliederung des Untersuchungsgebietes.................................................... 12
3.3 Festlegung der zu untersuchenden Parameter .......................................................... 14
4 Datengrundlage ......................................................................................................... 17
4.1 Umfang des Datenmaterials....................................................................................... 17
4.2 Datenvorbearbeitung ................................................................................................. 20
4.2.1 Probleme bei der Datenbereitstellung ........................................................................ 20
4.2.2 Prüfung auf Stationarität ............................................................................................ 22
4.2.3 Repräsentanzanalyse ................................................................................................ 23
4.2.4 Homogenitätsprüfung................................................................................................. 25
4.3 Zusammenfassende Einschätzung der Datenqualität ................................................ 27
5 Methoden der statistischen Bearbeitung .................................................................... 29
5.1 Untersuchungen zum Andauerverhalten der Schneedecke. Trendanalyse ................ 29
5.2 Formen der Ergebnisdarstellung ................................................................................ 31
5.3 Regionalisierungsmethodik ........................................................................................ 32
6 Untersuchungsergebnisse zum Langzeitverhalten der Schneedecke: Trend-
verhalten und -prüfung ............................................................................................... 35
6.1 Schneedeckendauer .................................................................................................. 35
6.2 Schneedeckenzeit...................................................................................................... 41
6.3 Winterdecke (längste Schneedeckenperiode) ............................................................ 43
6.4 Datum der maximalen Schneedeckenhöhe................................................................ 45
6.5 Beständigkeit der Schneedecke................................................................................. 46
6.6 Erhaltung der Winterdecke......................................................................................... 47
6.7 Langzeitverhalten der Mittel- und Extremwerte des Wasseräquivalents..................... 48
6.8 Erarbeitung und Bereitstellung von langen Reihen des Niederschlagsdargebots ....... 51
7 Szenario-Rechnungen ............................................................................................... 53
7.1 Formulierung verschiedener Szenarien...................................................................... 53
7.2 Grundlagen und Ergebnisse der Szenario-Rechnungen ............................................ 54
8 Ausblick.............................................................................................................. 57
9 Literaturverzeichnis .................................................................................................... 59
10 Anlagenverzeichnis .................................................................................................... 63
Zusammenfassung 5
Zusammenfassung
Langzeituntersuchungen der Schneede- bei Abschwächung mit zunehmender Ge-
ckenverhältnisse verdienen besondere Be- ländehöhe sowie Trendumkehr (positiver
achtung, weil als Folge von Klimaverände- Trend) in den höheren Lagen. In den westli-
rungen auch Änderungen der Schneede- chen Gebietsteilen (Oberrheinebene und
ckenhäufigkeit erwartet werden müssen. die westliche Abdachung des Schwarzwal-
Veränderungen des Schneedeckenregimes des) beziffern sich die Rückgänge in den
und seiner Parameter haben nachhaltige unteren Höhenlagen dagegen auf ca. 50 %
Auswirkungen auf den Wasserhaushalt und mehr und verringern sich in den mittle-
(Grundwasserneubildung) und das Ab- ren Lagen auf 10 bis 20 %. In den höheren
flussregime (Hochwasserbildung). Regionen werden im Mittel Werte unter
10 % beobachtet. Zwar ist auch hier eine
Zur Beschreibung des Andauerverhaltens Abschwächung des Trends mit zunehmen-
der Schneedecke und der in der Schneede- der Geländehöhe zu verzeichnen, jedoch
cke gespeicherten Wasservorräte ein- sind nur ganz vereinzelt Werte mit Trend-
schließlich deren langfristiger Veränderun- umkehr zu beobachten.
gen sind folgende Parameter geeignet:
Die Schneedeckenzeit (erster Tag/letzter
- Schneedeckendauer Tag mit Schneedecke im Winterhalbjahr)
weist in der regionalen Verteilung des ab-
- Schneedeckenzeit
soluten Trends Besonderheiten auf, z. B.
- Andauer der längsten Schneedeckenpe- gegenüber den entsprechenden Befunden
riode (Winterdecke) für die Schneedeckendauer. Große Teile
- Eintrittsdatum der maximalen Schnee- des Untersuchungsgebietes zeigen Zunah-
deckenhöhe men (positiver Trend); vor allem im Südos-
ten des Bayerischen Waldes und im Norden
- Beständigkeit der Schneedecke der Fränkischen Alb erhöht sich die
- Erhaltung der Winterdecke Schneedeckenzeit im Untersuchungszeit-
raum um bis zu 30 Tage. Eine Erklärung
- Maximalwerte des Wasseräquivalents dafür könnte die Zunahme extremerer
Wetterbedingungen sein, d. h. Schneefall-
Alle genannten Schneedeckenparameter ereignisse können bereits im frühen Herbst
weisen im Mittel straff korrelierte statistische bzw. noch im Frühling auftreten (ohne dass
Beziehungen zur Geländehöhe auf. sich die Schneedecke über den gesamten
Winter erstrecken muss, da die Schneede-
Außer für die Schneedeckenzeit ist für alle ckenzeit auch die Tage ohne Schneedecke
genannten Größen in der Bezugsperiode einschließt). Eine Veränderung des Trends
1951/52 bis 1995/96 fast ausnahmslos, d. h. in Abhängigkeit von der Geländehöhe ist
flächendeckend, ein Rückgang (negativer nicht zu erkennen.
Trend) zu verzeichnen. Für verschiedene
Parameter (u. a. Schneedeckendauer, Dau- Die Winterdecke (längste Schneedeckenpe-
er der Winterdecke) ist allerdings eine Ab- riode) lässt Rückschlüsse auf Veränderun-
schwächung des negativen Trends mit zu- gen der Charakteristik der Winterperioden
nehmender Geländehöhe zu beobachten, zu: Zweifelsfrei ist der Trend zu schneeär-
vereinzelt auch eine Trendumkehr in den meren Wintern mit weniger dauerhaften
Kamm- und Gipfellagen. Der Rückgang der Schneedecken erkennbar. Im Bezugszeit-
mittleren Schneedeckendauer wies in der raum werden - bis in die mittleren Höhenla-
Bezugsperiode einige regionale Besonder- gen reichend - bedeutende Rückgänge der
heiten auf. In den östlichen Teilen des Un- Andauerwerte erreicht. Bezogen auf die
tersuchungsgebietes (Alpen/Ost und Wald- Mittelwerte des Untersuchungszeitraumes
gebirge) erreicht die Abnahme in den unte- sind Einbußen von 20 % bis 60 % zu ver-
ren Höhenlagen Beträge von 20 % bis 30 % zeichnen.
6 Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern Wegen der sehr großen Veränderlichkeit aller Schneedeckenparameter ist der Nachweis der statistischen Signifikanz für die gefundenen Trendwerte nur in Einzel- fällen möglich. Dennoch kann aus dem flä- chendeckend übereinstimmenden Trend- verhalten der untersuchten Größen mit Si- cherheit auf klimatologische Veränderungen geschlossen werden. Das Trendverhalten der Schneedeckenpa- rameter ist im Vergleich zueinander jedoch widerspruchsfrei und es stimmt in der Ten- denz und in der Größenordnung der ermit- telten Werte auch mit dem an anderer Stelle [1] untersuchten Verhalten verschiedener für das Schneedeckenregime wichtiger meteorologischer Größen überein. Der ver- breitete Rückgang der Schneedeckendauer, vor allem in den tieferen Lagen, kann auf die erheblich angestiegenen Lufttemperatu- ren im Jahresabschnitt Dezember bis März zurückgeführt werden. Ebenso besteht weitgehende Übereinstimmung mit den in der Literatur beschriebenen Befunden zum Langzeitverhalten der Schneedecke. Für das Wasseräquivalent der Schneede- cke können noch keine flächenorientierten Aussagen gemacht werden. Zeitreihenun- tersuchungen der Maximalwerte des Was- seräquivalents einzelner Stationen zeigen, dass die im Bezugszeitraum eingetretenen Rückgänge zwischen 25 % und 60 % betra- gen. Für konkrete regionale Aussagen zum Wasseräquivalent sind unbedingt weitere Informationen erforderlich. Die Szenario-Rechnungen mit Hilfe des Simulationsmodells SNOW-K liefern trotz der sehr vereinfachenden Annahmen wich- tige Informationen. So kann angenommen werden, dass sich bei weiterer winterlicher Erwärmung die maximalen Wasseräquiva- lente der Schneedecke deutlich verringern werden und dass es zu einem häufigeren Auf- und Abbau der Schneedecke in tiefe- ren und mittleren Lagen kommen wird. Alle Ergebnisse haben allerdings nur orientie- renden Charakter.
Einleitung 7
1 Einleitung
In den deutschen Mittelgebirgen bildet sich rität, Repräsentanz, Homogenität) (Kapitel
regelmäßig eine temporäre (und hydrolo- 4).
gisch relevante) Schneedecke aus. Die Ab-
lagerungen festen Niederschlages sind für Unter Berücksichtigung der Datengrundlage
den Wasserhaushalt eines Einzugsgebietes und der Aufgabenstellung erfolgt dann die
als "Rücklagen" (Speicherung) zu betrach- Festlegung der weiteren Vorgehensweise
ten. Die von verschiedenen Faktoren (win- (Methoden der statistischen Bearbeitung)
terlicher Witterungsverlauf, Höhenlage des (Kapitel 5).
Gebietes) abhängige Dauer und das Aus-
maß der Speicherung haben unmittelbare Ein Kapitel beschreibt die Ermittlung der
Auswirkungen auf das hydrologische Re- Rasterwerte des Niederschlagsdargebots
gime. Der Einfluss auf den Wasserhaushalt, (Wasserabgabe aus der Schneedecke und
speziell die Wirkungen auf den Abflusspro- Regen), die als Datengrundlage für weitere
zess und die Grundwasserspeicherung Untersuchungen (z. B. Verifikation von
beim Abbau ("Aufbrauch") der Rücklagen, Hochwasserereignissen) zur Verfügung
erstreckt sich zeitlich im Regelfall über das gestellt wurden.
Winterhalbjahr hinaus.
Die Ergebnisdarstellung (Kapitel 6) nimmt
Vor dem Hintergrund möglicher Klimaver- einen besonderen Raum ein. Sie umfasst
änderungen, mit nachhaltigen und groß- sowohl die Resultate von Langzeitstudien
räumigen Auswirkungen besonders auch (Trendanalyse) für eine Reihe maßgeblicher
auf die Schneedeckenhäufigkeit, gewinnen Schneedeckenparameter als auch Auswer-
flächenorientierte Langzeituntersuchungen tungen von Szenario-Rechnungen zur Si-
des Schneedeckenregimes und seiner Ver- mulation möglicher Entwicklungen (Was-
änderungen einen hohen Stellenwert. Ände- seräquivalent der Schneedecke).
rungen des Andauer- und Häufigkeitsver-
haltens der Schneedecke haben spürbare Als Darstellungsformen werden Tabellen,
Folgewirkungen für den Wasserhaushalt Karten und verschiedene Diagramme ge-
und damit für die Ressourcenverfügbarkeit wählt. Im Vordergrund steht dabei die In-
in Raum und Zeit. formationsverdichtung zum Zwecke einer
raschen Gesamteinschätzung und der Ver-
Die Untersuchungen verfolgen das Ziel, die gleichbarkeit der Ergebnisse.
Kenntnisse über den Zustand und die Ver-
änderlichkeit der Schneedeckenparameter Für die graphischen Darstellungen wurde
für verschiedene Zeit- und Raumbereiche nach Möglichkeit eine für das Untersu-
zu erweitern und nach der Existenz syste- chungsgebiet repräsentative Auswahl der
matischer, langfristig wirkender Trends zu Standorte vorgenommen. Der Standortver-
suchen. gleich lässt das Ausmaß der raum-zeitlichen
Variabilität der Schneedeckenparameter
Die hier vorliegende Veröffentlichung zum deutlich erkennen.
Langzeitverhalten der Schneedecke enthält
zunächst eine Auswertung der Literatur In den Tabellen werden neben Absolutwer-
(Kapitel 2), betreffend die Klimaänderungen ten in der Regel auch normierte Daten mit-
in Vergangenheit und Gegenwart sowie geteilt, um die Aussagekraft der Ergebnisse
deren Auswirkungen auf schneehydrologi- (bessere Vergleichbarkeit) zu vergrößern.
sche Prozesse. Dem schließt sich eine de-
taillierte Beschreibung des verfügbaren
Datenmaterials an, ergänzt durch statisti-
sche Analysen der Datenqualität (Stationa-8 Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern
Bedeutung der Schneehydrologie 9
2 Bedeutung der Schneehydrologie
Die weltweit beobachteten Klimaänderun- eher skeptisch beurteilte Variante, wäre die
gen dauern an. Sie haben sich in den letz- Annahme einer "Höhenverschiebung" des
ten beiden Jahrzehnten noch verstärkt. In gegenwärtigen Zustandes, d. h. des heuti-
Deutschland war der Temperaturanstieg im gen Schneeklimas. Am konkreten Beispiel
20. Jahrhundert mit + 0,9 K gegenüber der von Gletscherveränderungen in den öster-
globalen Erwärmung (+ 0,6 K) überdurch- reichischen Alpen [5] wird hingegen die tat-
schnittlich hoch. Die Jahre ab 2000 gehören sächliche Vielzahl von Einflussfaktoren, u.
zu den wärmsten seit 1761. Einem deutli- a. die Wirkung verschiedener Kombinatio-
chen Anstieg der Winterniederschläge steht nen von Witterungsbedingungen für den
eine leichte Abnahme der Sommernieder- Gletscherhaushalt, erläutert. Vereinfachte
schläge gegenüber. Annahmen können deshalb bestenfalls als
Arbeitshypothesen gelten.
Die Struktur der Klimaänderungen ist wegen
der Überlagerung von Langfristtrends, Nachfolgend soll insbesondere den Hinwei-
Fluktuationen, kurzfristigen Anomalien und sen auf die Auswirkungen veränderter
Extremereignissen sehr vielgestaltig. Schneedeckenverhältnisse auf das hydrolo-
Schließlich treten noch markante regional- gische Regime nachgegangen werden.
jahreszeitliche Besonderheiten auf [2]. Auch in den Mittelgebirgen hat die Schnee-
decke trotz kräftiger Rückgänge immer noch
Die Ursachen der beobachteten Klimaände- einen maßgeblichen Einfluss auf den win-
rungen sind komplex. Die Rolle natürlicher terlichen Wasserhaushalt. Während der
Einflüsse auf das Klima ist noch längst nicht Schneedeckenzeit werden als Folge der
ausreichend geklärt. Mit hoher Wahrschein- Schneedeckenentwicklung die Zusammen-
lichkeit aber geht die globale Erwärmung hänge zwischen Einnahme- und Ausga-
der letzten 100 bis 150 Jahre auf menschli- beseite der Wasserbilanzgleichung dadurch
che Tätigkeiten zurück. Insbesondere ist die beeinflusst, dass die Inputgröße Nieder-
Zunahme des Ausstoßes von Kohlendioxid schlag mit zeitlicher Verzögerung und mit
und anderer klimawirksamer Spurengase veränderter Intensität wirksam wird.
als direkte Folge der Nutzung fossiler Ener-
gieträger zu nennen. Die Schneedeckenentwicklung wirkt auf das
Abflussregime in ähnlicher Weise wie die
Sofern die Emission sogenannter "Treib- Aufeinanderfolge niederschlagsfreier Perio-
hausgase" in gleicher Weise ansteigt wie den mit nachfolgendem Starkregen oder
bisher, sind bis zum Ende dieses Jahrhun- einer Phase langandauernden Landregens.
derts im Mittel globale Temperaturanstiege In den höheren Lagen der Gebirge (in der
von 1,4 bis 5,8 K zu erwarten [3]. Eine Regel große Schneeansammlungen, lange
WMO-Studie sagt eine Zunahme der mittle- Lagerungsdauer) spielt vor allem die zeitli-
ren globalen Temperatur um 1 K (bezogen che Verlagerung der hydrologischen Wirk-
auf 1990) bis zum Jahre 2025 und um 3 K samkeit des Niederschlags die wichtigste
bis zum Ende des Jahrhunderts voraus. Es Rolle. In den mittleren und unteren Lagen
wird darauf hingewiesen, dass eine solche (geringe Schneeansammlungen, relativ kur-
Klimaänderung in so kurzer Zeit ohne Bei- ze Lagerungsdauer) hat die kurzfristige
spiel in der bekannten Klimageschichte der Schmelze auf großen Flächen den ent-
Welt ist. Sie würde zweifellos zu nachhalti- scheidenden Einfluss auf das Abflussge-
gen Konsequenzen für die Wirtschaft und schehen.
die gesamte Gesellschaft führen.
Die Berücksichtigung der Schneedecken-
KUHN [4] diskutiert verschiedene Varianten, entwicklung im Rahmen des winterlichen
wie Schneedecke und Eis auf eine Erwär- Gebietswasserhaushalts ist unerlässlich,
mung der Atmosphäre reagieren würden. weil die Beurteilung der hydrologischen
Die einfachste denkbare, vom Autor aber Prozesse in dieser Jahreszeit allein auf10 Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern
Grund der räumlichen und zeitlichen Nie- tere einschneidende Veränderungen des
derschlagsverteilung nur unzulänglich mög- Schneedeckenregimes anzunehmen.
lich ist (vgl. hierzu auch [6]).
Für fachlich begründete hydrologische Vor-
Wie an anderer Stelle bereits beschrieben, sorgeplanungen sind Informationen, auch
lassen viele Anzeichen und die meisten in aus historischem Material abgeleitet, uner-
der Literatur beschriebenen Aussagen über lässlich. Aus ihnen kann auf das Ausmaß
die Tendenz künftiger Klimaänderungen der Auswirkungen künftiger Veränderungen
eine Erwärmung erwarten. Damit sind wei- geschlossen werden.Aufgabenstellung 11
3 Aufgabenstellung
3.1 Vorbemerkung zu Untersuchun- In Deutschland nimmt der Zeitraum
gen des Langzeitverhaltens 1961/1990 im Trendverhalten eine Aus-
nahmestellung ein. Besonders die Verände-
Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht die rungen im Schneedeckenregime sind gra-
Beschreibung der langfristigen Veränderung vierend, es wurden extreme (negative)
des mittleren Zustandes verschiedener Trendwerte für diese Periode gefunden [8].
Schneedeckenparameter (Trendverhalten). Zugleich wurden in dieser Periode die
Aber auch die Änderungen im Extremver- längsten Andauerzeiten für die Schneede-
halten verdienen besonderes Interesse. cke beobachtet (Winterperioden 1962/1963
Wandlungen der Klimaverhältnisse können und 1969/1970).
dadurch festgestellt werden.
Ebenso aufschlussreich sind Vergleiche
Zeitreihenuntersuchungen sind nur für den zwischen den Bezugszeiträumen
Zeitraum aussagefähig, für den sie erstellt 1951/1980, 1951/1990 und 1951/1995. We-
wurden. Folgerungen für die Zukunft sind gen der großen zeitlichen Überschneidung
nur in begrenztem Maße möglich. Deshalb der Datenreihen sollte eigentlich eine große
werden nachfolgend die Ergebnisse einiger Übereinstimmung der jeweiligen Trendwerte
Stationen, die für die vorliegenden Untersu- erwartet werden. Stattdessen ist die hohe
chungen des Trendverhaltens aufschluss- Instabilität, d. h. Verschiedenartigkeit der
reich sein können, mitgeteilt. Dabei wird der Trends, überraschend.
"Zeithorizont" bis an den Beginn des vori-
gen Jahrhunderts erweitert. Neben der Für die Station Potsdam ist für den Zeitraum
Schneedeckendauer wird auch das säkula- 1951/1980 in Bezug auf die Schneedecken-
re (= ein Jahrhundert betreffend) Verhalten dauer ein deutlich ausgeprägter, aber nicht
maßgeblicher, das Schneedeckenregime signifikanter (positiver) Trend zu beobach-
beeinflussender meteorologischer Größen ten, desgleichen ist der mittlere Andauer-
(Lufttemperatur, Niederschlag) berücksich- wert der Schneedecke überdurchschnittlich
tigt. hoch (bezogen auf den Mittelwert der Reihe
1901/1995). Die Änderungen des Andauer-
Die Anlage 2 enthält die Ergebnisse der verhaltens (negativer Trend) im Zeitraum
Trendanalyse verschiedener meteorologi- 1981/1995 sind jedoch von einem solchen
scher Größen für unterschiedliche Bezugs- Ausmaß, dass der positive Trendwert der
zeiträume innerhalb eines ca. 70- bzw. ca. vorausgegangenen 3 Jahrzehnte gänzlich
100-jährigen Zeitraums. Es kann davon ins Gegenteil verkehrt wird. Für die Teilrei-
ausgegangen werden, dass die bezeichne- hen 1951/1980 ergibt sich ein linearer nor-
ten Besonderheiten auch für die übrigen mierter Trend von + 0,21, für den Zeitraum
Regionen Deutschlands gelten und somit 1951/1995 wird hingegen - 0,22 ermittelt!
als Orientierungshilfe für die vorzulegenden
Ergebnisse, die im Wesentlichen die 2. Die zu erwartenden Ergebnisse sind von
Hälfte des 20. Jahrhunderts betreffen, die- grundsätzlicher Bedeutung für die Entschei-
nen können (vgl. Kapitel 5.1). Diese Auffas- dungsfindung und die sich darauf gründen-
sung wird u. a. damit begründet, dass die de Langfristplanung für verschiedene Berei-
hier mitgeteilten Daten zum Verhalten der che der Gesellschaft. Außer der Wasser-
meteorologischen Größen in den Winterpe- wirtschaft sind vor allem auch Land- und
rioden während der zweiten Hälfte des ver- Forstwirtschaft, Ökologie und Umwelt-
gangenen Jahrhunderts im Betrag und in schutz, das Bauwesen und der Tourismus
der Richtung weitestgehend mit den von zu nennen. Allein im Bereich der hydro-
RAPP und SCHÖNWIESE [7] gefundenen logisch-wasserwirtschaftlichen Praxis, aus
Ergebnissen systematischer Trenduntersu- dem einige konkrete Beispiele herausgeho-
chungen in Deutschland übereinstimmen. ben werden sollen, sind die möglichen Fol-
gewirkungen wegen der hohen Sensibilität
dieses Systems gegenüber hydroklimatolo-12 Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern
gischen Einflüssen außerordentlich bedeut- zeitverhalten verschiedener, das Schnee-
sam. Die im Rahmen der Daseinsvorsorge deckenregime beschreibender Parameter.
wichtige Aufgabe der Weiterentwicklung von Die ausdrücklich flächenbezogene, auf eine
Wasserbilanzmodellen zur Ermittlung des Vielzahl von Zeitreihen gestützte Analyse
quantitativen Wasserdargebots in seiner des Andauerverhaltens der Schneedecke,
zeitlichen Variabilität kann nur unter Be- ihrer witterungsabhängigen Beständigkeit
rücksichtigung der Veränderlichkeit der hyd- sowie die Beurteilung der Eintrittsdaten
rometeorologischen Eingangsgrößen (vor markanter Entwicklungszustände der
allem des Niederschlages einschließlich Schneedecke soll flächendeckend zuverläs-
seiner Schneeanteile) gelöst werden. Die sige und repräsentative Aussagen ermögli-
Zuverlässigkeit der Ergebnisse ist entschei- chen.
dend für die zukünftige, d. h. die langfristige,
stabile qualitäts- und bedarfsgerechte Be- 3.2 Regionale Gliederung des Unter-
reitstellung von Wasser. suchungsgebietes
Ebenso ist die möglichst detaillierte Kennt- Das Untersuchungsgebiet ist weitgehend
nis der räumlichen und zeitlichen Verteilung mit den Territorien des Landes Baden-
(einschließlich Veränderlichkeit und Ex- Württemberg (35 750 km²) und des Frei-
tremverhalten) der für die "Belastungsbil- staates Bayern (70 548 km²) identisch.
dung" maßgeblichen Größen (Niederschlag,
Schneedeckenentwicklung) wichtige Vor- Etwa 60 % der Fläche des Landes Baden-
aussetzung für die zuverlässige Simulation Württemberg, das sind ca. 21 500 km², ha-
hydrologischer Prozesse im Kurzzeitbe- ben eine Höhenlage > 400 m ü. NN und ca.
reich. Ein verändertes winterliches Nieder- 30 % (knapp 11 000 km²) erreichen eine
schlags- bzw. Schneedeckenregime wird Gebietshöhe von mehr als 600 m ü. NN.
vor allem Auswirkungen auf das Abflussre-
gime, besonders aber auf das Ausmaß von Für Bayern betragen die Flächenanteile der
Hochwasserereignissen und schließlich Höhenlage > 400 m ü. NN etwa 68 %, das
auch auf den Prozess der Grundwasser- sind knapp 48 000 km². Mehr als 13 000
neubildung haben. km² des bayerischen Gebietes sind höher
als 600 m ü. NN, und immerhin noch etwas
Außer den vorgenannten gesellschaftspoli- mehr als 2000 km² (vor allem Anteil Alpen-
tischen und ökonomischen Auswirkungen gebiet) weisen eine Höhe von über 1000 m
veränderter hydroklimatologischer Bedin- ü. NN auf.
gungen sind die Langzeituntersuchungen
zum Schneedeckenregime auch von hohem Es wird davon ausgegangen, dass entspre-
wissenschaftlichen Wert. Es soll hier daran chend der geographischen Ausstattung des
erinnert werden, dass die Ergebnisse ins- Untersuchungsgebietes (Höhengliederung,
besondere für Untersuchungen zum Ener- Luv-Lee-Lagen usw.) regionale Unterschie-
giehaushalt, wegen der markanten Unter- de im Schneedeckenregime auftreten kön-
schiede für den Wärmeaustausch zwischen nen. Deshalb wird eine Einteilung des Ge-
Atmosphäre und schneebedeckter bzw. bietes in natürliche Regionen vorgenom-
schneefreier Unterlage, große Bedeutung men, die im Wesentlichen den Einzugsge-
haben. In der Kette der Rückkopplungsef- bietsgrenzen folgt und auch schneehydrolo-
fekte spielt die unterschiedliche Ausdeh- gische Aspekte berücksichtigt. Die vorge-
nung und die zeitliche Veränderlichkeit gebene Gebietsunterteilung in 33 Untersu-
schneebedeckter Flächen ganz offenkundig chungsgebiete für Baden-Württemberg und
eine bedeutsame Rolle. Bayern [1] wurde daher für die Analyse des
Die Untersuchungen für KLIWA erforderten Langzeitverhaltens der Schneedecke zu 8
die Bereitstellung detaillierter, räumlich dif- Teilgebieten zusammengefasst (siehe Abb.
ferenzierter Informationen über das Lang- 3.1).Aufgabenstellung 13
Abb. 3.1: Lage der verwendeten Stationen und Grenzen der Teilgebiete
Im Einzelnen werden folgende Teilgebiete sowie Teile der nördlichen Oberrhein-
unterschieden: ebene.
- Untersuchungsgebiet 1 (Donauoberlauf, - Untersuchungsgebiet 4 (Neckarge-
Bodensee): Dieses Teilgebiet umfasst biet/Ost): Diesem Gebiet sind der nord-
den Anteil Baden-Württembergs am westliche (neckarseitige) Abfall der
Einzugsgebiet der Donau, die südöstli- Schwäbischen Alb, Teile des Stufenlan-
che Abdachung der Schwäbischen Alb des, die Hohenloher Ebene, Teile des
und Teile des Alpenvorlandes. Odenwaldes und des Taubergebietes
zugeordnet. Es besteht weitgehend
- Untersuchungsgebiet 2 (Oberrheinebe- Identität mit dem rechtsseitigen Ein-
ne und die westliche Abdachung des zugsgebiet des Neckar (Kocher, Jagst)
Schwarzwaldes): Hier werden Teile der und geringen Anteilen des zum Main hin
Oberrheinischen Tiefebene, des Breis- entwässernden Taubergebietes.
gau und der zum Rhein hin entwässern-
den ("luvseitigen") Teile des Schwarz- - Untersuchungsgebiet 5 (Alpen/Ost): Es
waldes zusammengefasst. umfasst die Bayerischen Alpen und
Teile der Salzburger Alpen sowie das
- Untersuchungsgebiet 3 (Neckarge- Alpenvorland, im Westen begrenzt
biet/West): Dieses Teilgebiet erfasst die durch eine Linie, die zwischen Lech und
zum Neckar hin entwässernden ("lee- Amper verläuft, das Donaumoos und die
seitigen") Teile des Schwarzwaldes, Hallertau bis Regensburg durchque-
Teile des Schwäbisch-Fränkischen rend. Nach Osten bildet die Donau zwi-
Stufenlandes und das Gebiet des schen Regensburg und Passau die
Kraichgau. Das Gebiet umfasst das Grenze.
linksseitige Einzugsgebiet des Neckar14 Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern
- Untersuchungsgebiet 6 (Alpen/West): Teilgebiet entfallenden Stationen als "Stütz-
Es enthält die Allgäuer Alpen, das Al- stellen". Damit würden sich die Unsicher-
penvorland, östlich angrenzend an das heiten bei der Ergebnisermittlung vergrö-
Teilgebiet 5, im Westen bis zur Landes- ßern.
grenze Baden-Württemberg sowie durch
die Donau zwischen Ulm und Regens- Auch bei der derzeitigen Einteilung müssen
burg begrenzt. Nördlich der Donau ge- in Einzelfällen Stationen im Grenzbereich
hören Teile der Fränkischen Alb und (Gipfel- und Kammlagen) benachbarter
des Stufenlandes zu diesem Teilgebiet. Teilgebiete doppelt berücksichtigt werden,
um "Brüche" in den von der Geländehöhe
- Untersuchungsgebiet 7 (Franken): Die- abhängigen Beziehungen abzumildern oder
ses Teilgebiet setzt sich aus einer An- zu vermeiden. Es ist noch hinzuzufügen,
zahl verschiedener Landschaften zu- dass wegen der nachweislich hohen räumli-
sammen. Das sind Teile des Spessart, chen und zeitlichen Variabilität aller
des Odenwaldes, der Rhön, der Fränki- Schneedeckenparameter für jedes zu un-
schen Schweiz, des westlichen Teils tersuchende Gebiet eine ausreichende An-
des Fichtelgebirges und des Steigerwal- zahl von Stützstellen vorhanden sein muss.
des. Im Westen gehören auch Teile der Die Verteilung der Stationen soll, im Inte-
Mainniederung dazu. resse der Ergebnissicherheit, zudem an-
teilmäßig auch den Flächenanteilen des
- Untersuchungsgebiet 8 (Waldgebirge): Gebietes in verschiedenen Höhenstufen
Mit diesem Gebiet werden die östlichen entsprechen. Dieser Aspekt ist besonders
Landesteile Bayerns erfasst: Der Baye- wichtig für repräsentative flächenorientierte
rische Wald, der Oberpfälzer Wald, der Aussagen.
westliche Teil des Böhmerwaldes und
der östliche Teil des Fichtelgebirges. Da die zu untersuchenden Schneedecken-
Schließlich sind noch die Niederungen parameter eine große Veränderlichkeit mit
im Unterlauf von Naab und Regen zu der Höhe aufweisen, werden die in den fol-
nennen. genden Kapiteln ermittelten Ergebnisse der
Trenduntersuchungen nicht als Gebiets-
Das Neckargebiet wurde abweichend von werte, sondern als Rasterwerte zur Verfü-
der sonst üblichen Gliederung nach Was- gung gestellt.
serscheiden zusätzlich in einen "leeseitigen"
(Lee des Schwarzwaldes) und einen "luv- 3.3 Festlegung der zu untersuchen-
seitigen" (Luv der Schwäbischen Alb) Anteil den Parameter
gegliedert. Der Fluss selbst stellt dabei die
Grenze beider Teilgebiete dar. Mit dieser Für die Erfüllung der Aufgabenstellung ist
Einteilung sollten die Expositionsunter- die umfassende Auswertung des verfügba-
schiede gegenüber der Hauptwindrichtung ren Datenmaterials unter verschiedenen
besonders berücksichtigt werden. Gesichtspunkten erforderlich. Vor allem ist
die Frage zu klären, welche Parameter ge-
Es kann davon ausgegangen werden, dass eignet sind, das Schneedeckenregime, sein
mit dieser Gliederung keineswegs homoge- Andauerverhalten und seine Veränderun-
ne oder halbwegs homogene Gebietsein- gen in Raum und Zeit bestmöglich zu be-
heiten ausgewiesen werden. Allenfalls kann schreiben.
erwartet werden, dass sich Zustände und
Gute Indikatoren für den aktuellen Zustand
Entwicklungen des Schneedeckenregimes
und die Variationen der Schneedeckenver-
in den genannten Teilgebieten ähneln. Einer
hältnisse sind die das Andauerverhalten
weiteren, durchaus erwünschten Gliede-
charakterisierenden Größen, die aus Beo-
rung, die im Interesse der Schaffung weit-
bachtungs- und Messwerten direkt abgelei-
gehend einheitlicher Gebiete zweckmäßig
tet werden können [8]; [9]; [10]; [11]; [12].
wäre, stehen jedoch ernsthafte Bedenken
entgegen. An erster Stelle betrifft das die
deutliche Verringerung der dann auf jedesAufgabenstellung 15
Im Mittelpunkt der Betrachtungen steht das zeitlicher Unterschiede und Verände-
Andauerverhalten, das durch eine Reihe rungen (vgl. Kapitel 6.4).
charakteristischer Parameter beschrieben
- Die so genannte "Beständigkeit der
wird. Der hydrologisch wichtigen Größe
Schneedecke" (q) ist eine aus der
"Wasseräquivalent der Schneedecke" wird
Schneedeckendauer (A) und der
vor allem hinsichtlich ihres Extremverhal-
Schneedeckenzeit (S) abgeleitete Grö-
tens einschließlich langjähriger Verände-
ße:
rungen besondere Aufmerksamkeit gewid-
A
met. Für die Auswertung und Analyse wur- q= (1)
den die folgenden Parameter ausgewählt: S
- Die Schneedeckendauer (A). Sie ist Sie ist gut geeignet, zusätzliche Infor-
gemäß DIN 4049-3 wie folgt definiert: mationen zu Veränderungen im Andau-
Anzahl der Schneedeckentage in einer erverhalten zu liefern (vgl. auch Kapitel
bestimmten Zeitspanne. Als Schneede- 6.5).
ckentag wiederum wird ein Tag be-
zeichnet, an dem eine Schneedecke zu - Die so genannte "Erhaltung der Winter-
einem festgesetzten Termin vorhanden decke" (q') hat eine der "Beständigkeit"
ist (vgl. auch Kapitel 4.1 und Kapitel vergleichbare Bedeutung und stützt die
6.1). dort gefundenen Ergebnisse. Die Größe
Die Schneedeckendauer spielt bei der leitet sich aus dem Verhältnis der Dauer
Bearbeitung eine besondere Rolle, nicht der Winterdecke (W) zur Schneede-
zuletzt auch deshalb, weil sie aus Be- ckendauer (A) ab (vgl. Kapitel 6.6):
obachtungen bzw. aus Messungen di-
rekt abgeleitet wird. W
q' = (2)
A
- Die Schneedeckenzeit (S). Nach DIN
4049-3 wird sie wie folgt beschrieben: Die beiden Größen (q) und (q') sind nicht in
Zeitspanne vom ersten bis zum letzten der DIN 4049-3 enthalten.
Schneedeckentag einer winterlichen Pe-
riode. Nach vorliegenden Erfahrungen sind die
Anmerkung: Die Schneedeckenzeit genannten Parameter geeignet, das An-
schließt auch die schneedeckenfreien dauerverhalten der Schneedecke umfas-
Tage ein (vgl. Kapitel 6.2). send zu charakterisieren.
- Die Schneedeckenperiode (W). Nach
DIN 4049-3 definiert als: Zeitspanne von Wenngleich die Informationen zum Andau-
ununterbrochen aufeinanderfolgenden erverhalten der Schneedecke für viele Be-
Schneedeckentagen. reiche der Praxis von großem Wert sind, ist
Diese Größe trägt zusammen mit den ebenso unbestritten, dass diese Aussagen
zuvor genannten Parametern dazu bei, für die Hydrologie und die Wasserwirtschaft
die Besonderheiten der zeitlichen Ver- allein nicht ausreichen. Neben der "qualita-
teilung der Schneedecke in den einzel- tiven" Beschreibung des Schneedeckenre-
nen Winterperioden sowie deren regio- gimes bedarf es unbedingt einer "Quantifi-
nale Unterschiede zu präzisieren. zierung" der Informationen durch die Be-
Nachfolgend wird die längste (maxima- rücksichtigung des Wasseräquivalents der
le) Schneedeckenperiode eines Winters Schneedecke:
betrachtet und als "Winterdecke" be-
zeichnet (vgl. Kapitel 6.3). Als Bezeich- - Das Wasseräquivalent der Schneede-
nung wird (W) beibehalten. cke (Wn). Nach DIN 4049-3 wie folgt
definiert: Wasser (fest, flüssig, gasför-
- Das Datum des Eintritts der maximalen mig), das in der Schneedecke enthalten
Schneedeckenhöhe (DM) ist ein weite- ist, ausgedrückt als Wasserhöhe über
rer wichtiger Basiswert zur Einschätzung einer horizontalen Fläche (in mm).
der Dynamik der Schneedeckenent-
wicklung sowie deren räumlicher und16 Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern
Datengrundlage 17
4 Datengrundlage
4.1 Umfang des Datenmaterials und anderen "Hindernissen" liegen. Erfah-
rungsgemäß sind diese Forderungen, ins-
Für die Untersuchungen werden nur Daten- besondere die nach repräsentativen, von
reihen von Stationen des Deutschen Wet- Verwehungen freien Ablagerungsbedingun-
terdienstes (DWD) verwendet. Die Vorga- gen, in der Praxis nur schwer zu erfüllen.
ben für die Datengewinnung (Beobachtung, Die Beobachtungspraxis lehrt vielmehr,
Messung) sind in Anleitungen und Vor- dass abhängig von den Witterungsbedin-
schriften für den Beobachtungsdienst be- gungen (vor allem sind Windrichtung und
schrieben und verbindlich festgelegt [13]. Windgeschwindigkeit wichtig!) für jede
Die in diesem Bericht verwendeten Be- Winterperiode unterschiedliche räumliche
zeichnungen und Definitionen entsprechen "Verteilungsmuster" der Schneeablagerung
denen des genannten Regelwerkes sowie auch auf kleinstem Raum (Messfeld) auf-
denen der DIN 4049-3. Ausnahmen, treten können.
betreffend die Verwendung von Fachbeg-
riffen, die in der Literatur gebräuchlich sind, Um diesen Besonderheiten wenigstens teil-
werden besonders erwähnt. weise gerecht zu werden, wird die Schnee-
höhe auf dem Messplatz an mehreren Stel-
Für die Schneemessung gilt, dass bei Vor- len bestimmt. Dafür wird ein so genannter
handensein einer geschlossenen oder Schneepegel benutzt, ein Metallstab mit
durchbrochenen Schneedecke von min- cm-Teilung, der senkrecht bis zum Boden in
destens 1 cm Höhe die Messung der den Schnee gesteckt wird. Die Höhe wird in
Schneedeckenhöhe zum Morgentermin, d. ganzen Zentimetern abgelesen. Der arith-
h. um 07.00 Uhr MEZ, erfolgt. "Durchbro- metische Mittelwert aus den (in der Regel
chene" Schneedecke heißt, dass der Erd- drei bis vier) Einzelmessungen wird als die
boden an einzelnen Stellen sichtbar ist und repräsentative Höhe der Schneedecke an-
die Schneebedeckung in der Umgebung gegeben.
des Messplatzes ³ 50 % beträgt.
Für die vorliegende Arbeit kann auf insge-
Die Beobachtungsergebnisse über Schnee- samt 508 Datenreihen der Schneedecken-
flecken oder Schneereste werden nicht in beobachtung zurückgegriffen werden (siehe
die Untersuchung einbezogen. In den ge- Abb. 3.1 und auch Anlage 1, in der die ver-
nannten Fällen ist die Schneedecke nur wendeten Stationen für die 8 Untersu-
noch an einzelnen, nicht zusammenhän- chungsgebiete angegeben wurden). Die
genden Stellen vorhanden. Abgesehen da- Gesamtzahl von 542 Stationen in Anlage 1
von, dass diese Restflächen nur eine ganz ergibt sich aus der doppelten Verwendung
untergeordnete Rolle in der Bilanz (Was- von Stationen im Bereich der Einzugsge-
seräquivalent) spielen, sind dabei vielmehr bietsgrenzen für Gipfel- und Kammlagen.
auch subjektive Faktoren bei der Beobach-
tung und ganz spezifische Standortbeson- Diese große Zahl elektronisch verfügbarer
derheiten als maßgebliche verfälschende Datenreihen, konnte durch eine intensive
Einflüsse zu beachten. Nacherfassung von Archivmaterial erreicht
werden. Auf diese Weise wird flächende-
Die Auswahl eines geeigneten Messplatzes ckend eine gleichmäßige, hohe Stations-
ist für die Schneemessung von entschei- dichte erreicht. Auf ca. 200 km² entfällt im
dender Bedeutung. Entsprechend der Beo- Durchschnitt eine Station; das entspricht
bachtungsanleitung ist dafür eine mehrere einem mittleren Stationsabstand von etwa
Quadratmeter große Fläche auszusuchen. 14 km.
Dieser Platz soll frei sein von Verwehungen
und nicht im Windschatten von Gebäuden18 Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern
Donauoberlauf/ Oberrhein/
Neckar/West Neckar/Ost
Höhenstufe Bodensee Schwarzwald
m ü. NN Anteil in % Anteil in % Anteil in % Anteil in %
Fläche Station Fläche Station Fläche Station Fläche Station
Bis 200 0 0 17 10 17 9 4 17
201 bis 400 2 0 21 37 25 36 60 48
401 bis 600 33 39 25 10 27 22 31 34
601 bis 800 52 50 25 22 27 26 4 1
801 bis 1000 13 11 10 7 4 7 0 0
1001 bis 1200 1 0 3 10 0 0 0 0
Über 1200 0 0 0 5 0 0 0 0
Alpen/Ost Alpen/West Franken Waldgebirge
Höhenstufe
m ü. NN Anteil in % Anteil in % Anteil in % Anteil in %
Fläche Station Fläche Station Fläche Station Fläche Station
Bis 200 0 0 0 0 5 5 0 0
201 bis 400 14 25 6 6 62 56 11 20
401 bis 600 55 44 64 58 29 38 60 55
601 bis 800 13 20 19 26 4 1 22 20
801 bis 1000 6 8 6 8 0 0 5 3
1001 bis 1200 6 0 2 2 0 0 2 2
Über 1200 6 3 4 0 0 0 0 0
Anmerkung: Zahlenwerte gerundet. Gebietseinteilung siehe Abb. 3.1 und Kapitel 3.2.
Tabelle 4.1: Angaben zur Gebietsfläche und zur Stationsanzahl für verschiedene
Geländehöhen (Anteile in Prozent)
Die vorgesehenen statistischen Analysen des Gebietes) entsprechende zahlenmäßi-
gewinnen durch die große Stationsdichte ge Verteilung der Stationen besonders für
eine hohe Aussagekraft, da sich die Wahr- repräsentative und gesicherte Ergebnisse
scheinlichkeit verringert, dass vereinzelte so wichtig.
und nicht erkannte Unzulänglichkeiten im
Datenmaterial die Ergebnisse verfälschen Natürlich gibt es regionale Unterschiede in
könnten. der Messstellendichte. Im Gebiet 7 (Fran-
ken), um ein Beispiel zu nennen, stehen
Dieser positive Aspekt wird noch dadurch örtlich begrenzte große Messstellenan-
verstärkt, dass auch eine insgesamt aus- sammlungen (Taubergebiet) Bereichen mit
gewogene, dem Gebietsaufbau annähernd ausgesprochen geringer Ausstattung ge-
adäquate Stationsverteilung zu verzeichnen genüber. Zum Glück weist dieses Teilgebiet
ist. Die Tabelle 4.1 mit Angaben der pro- im Vergleich zu allen übrigen die geringste
zentualen, von der Geländehöhe abhängi- Höhengliederung auf, so dass diese Un-
gen Anteile der Gebietsfläche und der ent- gleichmäßigkeit nicht zu stark ins Gewicht
sprechenden Zahl der Messeinrichtungen fällt.
unterstreicht noch einmal ausdrücklich die-
Wenn zwar rein zahlenmäßig ("proportio-
se Feststellung.
nal") die höheren Lagen (> 800 m ü. NN)
ausreichend mit Stationen ausgestattet zu
Für alle das Schneedeckenregime be-
sein scheinen, treten regional dennoch
schreibenden Parameter gilt eine ausge-
Mängel auf. So sind z. B. im Bayerischen
prägte Abhängigkeit von der Geländehöhe
Wald oberhalb 600 m keine geeigneten, d.
als gesichert ([14], vgl. auch Kapitel 6). Ge-
h. vollständigen Messreihen vorhanden.
rade auch deshalb ist die den Flächenan-
Obgleich daraus keine nachhaltigen Aus-
teilen (für die verschiedenen HöhenstufenDatengrundlage 19
wirkungen auf die grundsätzlichen Aussa- (quantitative) Aussagen zum Wasseräqui-
gen der durchzuführenden Untersuchungen valent der Schneedecke unerlässlich sind.
zu erwarten sind, bleibt jedoch anzumerken, Während aber für die Untersuchung des
dass das von der Geländehöhe abhängige Andauerverhaltens auf das Datenmaterial
Langzeitverhalten der Schneedeckenpara- von 508 Stationen zurückgegriffen werden
meter in großen Höhenbereichen nur unzu- kann, sind für die Arbeiten zum Wasser-
reichend betrachtet werden kann. Das ist äquivalent lediglich die Daten von ca. 60
insofern bedauerlich, weil festgestellt wer- Stationen vorhanden.
den konnte, dass gerade in größeren Höhen
eine Abschwächung bzw. sogar die Umkehr Das Wasseräquivalent wird nur an ausge-
von ansonsten dominierenden Trendrich- wählten Stationen und zu festgelegten Ter-
tungen beobachtet werden konnte (vgl. minen (3mal wöchentlich: Montag, Mitt-
auch Kapitel 6). woch, Freitag) bestimmt. Weiterhin ist vor-
gegeben, die Messungen nur ab einer Min-
Für die vorgesehenen Untersuchungen ist desthöhe der Schneedecke von 5 cm
die Auswertung sehr langer, lückenloser durchzuführen [13]. Aus diesen einschrän-
und homogener Datenreihen wünschens- kenden Vorgaben folgt, dass überwiegend
wert. Nur wenige Stationen haben ununter- nur sporadische, für manche Winterperio-
brochene lange Reihen, diese haben aber den (besonders für Stationen in tieferen
in der Regel den Nachteil, wegen verschie- Lagen) keine Messwerte vorhanden sind.
denartiger Einwirkungen nicht mehr homo- Die auf diese Weise erhobenen Daten eig-
gen zu sein (vgl. Kapitel 4.2.4). Vor allem nen sich nicht für systematische statistische
als Folge des letzten Weltkrieges sind be- Untersuchungen, insbesondere nicht für
sonders in der Zeit von 1944 bis 1946 mas- Zeitreihenbetrachtungen und flächenorien-
sive Unterbrechungen aufgetreten. Da die tierte Vergleiche. Die vorhandenen Mess-
genannten Defekte flächendeckend auftre- werte sind aber eine unverzichtbare
ten, ist es nicht möglich, Ergänzungen Grundlage für die Modellbildung und die
durch Vergleiche mit Nachbarstationen vor- Parametereichung (s. u.).
zunehmen. Erst zu Beginn der 50er Jahre
kann von einer weitgehenden Wiederher- Die Nachteile der beschriebenen diskonti-
stellung der Messnetze und der Stabilisie- nuierlichen Erhebung von Messwerten kön-
rung der Datengewinnung gesprochen wer- nen Bedarfsweise durch Simulationen aus-
den. Als gemeinsamer Beginn der Bezugs- geglichen werden.
periode, die der Untersuchung zu Grunde
gelegt wurde, ist deshalb die Winterperiode Der Simulation wird das Modell SNOW-K
1951/52 gewählt worden. [15] zugrunde gelegt. Aus Tagesmitteln der
Lufttemperatur und des Dampfdrucks sowie
Damit stehen für die vorgesehenen Zeitrei- aus Tagessummen des Niederschlags und
henuntersuchungen (Trendanalyse) lü- der Globalstrahlung kann der zeitliche Ver-
ckenlose Datenreihen zur Verfügung, aller- lauf des Auf- und Abbaus des Wasseräqui-
dings mit dem Nachteil, dass die Zeitrei- valents der Schneedecke in Tagesschritten
henanalyse auf 45 Winterperioden (1951/52 überall dort nachgebildet werden, wo die
bis 1995/96) begrenzt ist. Die an anderer genannten meteorologischen Grundgrößen
Stelle hervorgehobene große Anzahl ver- vorhanden sind.
fügbarer Datenreihen lässt immerhin hoffen,
dass sich damit die Nachteile der begrenz- Der Prozess des Schneedeckenaufbaus
ten Länge der Bezugsreihe wenigstens teil- (Akkumulation) wird aus den Messwerten
weise eliminieren lassen. des Niederschlags simuliert, wobei die sys-
tematischen Messfehler durch Korrektur-
An anderer Stelle (Kapitel 3) wurde bereits faktoren beseitigt werden. Ebenso werden
eingehend begründet, dass für die Hydrolo- die Beziehungen zwischen Lufttemperatur
gie und die Wasserwirtschaft außer den und Aggregatzustand des Niederschlags
notwendigen Informationen zum Andauer- berücksichtigt.
verhalten der Schneedecke vor allem auch20 Langzeitverhalten der Schneedecke in Baden-Württemberg und Bayern
Für die Nachbildung der komplizierten Pro- Für den festgelegten Optimierungszeitraum
zesse der Umwandlung (Metamorphose) wurden die Parameter so optimiert, dass
und des Abbaus (Ablation) der Schneede- der Verlauf der berechneten Schneede-
cke werden die meteorologischen Größen ckenentwicklung im Mittel an den Verlauf
Lufttemperatur, Dampfdruck und Global- der gemessenen Schneedecke angepasst
strahlung verwendet. Daraus können die wurde.
Komponenten des Wärmeaustauschs zwi-
schen Schneedecke und Atmosphäre Ein Teil der vorliegenden Stationen konnte
(Strahlungsbilanz, turbulenter Wärmeaus- an Hand vorhandener Wasseräquivalent-
tausch) unter Zuhilfenahme optimierter Pa- messungen optimiert werden. Die verblei-
rameter für den Wärmeübergangskoeffi- benden Stationen wurden quasi optimiert, d.
zienten und die Albedo bestimmt werden. h. es wurde mit Hilfe eines Gebietspara-
Der Wärmestrom, verursacht durch Regen metersatzes die simulierte Schneedecken-
auf die Schneedecke, wird ebenfalls be- entwicklung mit der gemessenen Schnee-
rücksichtigt. Vernachlässigt wird hingegen höhe verglichen und Anpassungen der Op-
der (geringfügige) Bodenwärmestrom. Die timierungsparameter vorgenommen (z. T.
internen Prozesse der Schneedecke (u. a. sind bei den quasi optimierten Stationen nur
strukturelle Beschaffenheit und Speicher- kurze Messreihen vorhanden oder das ge-
vermögen für Schmelzwasser) werden messene Wasseräquivalent wurde nur in
durch vereinfachte Modellannahmen be- einigen wenigen Winterhalbjahren be-
rücksichtigt. stimmt).
Die Optimierung der Modellparameter und Für zahlreiche Stationen konnte auf diese
die Verifikation der abgeleiteten Ergebnisse Weise die Datengrundlage für Zeitreihen-
erfolgte stationsbezogen mit Hilfe entspre- analysen, vor allem aber auch für flächen-
chender Stützwerte (Messwerte des Was- orientierte Aussagen geschaffen werden.
seräquivalents der Schneedecke an drei
ausgewählten Messtagen der Woche). Ein- Damit kann lückenloses Material für die
gehende Untersuchungen haben die gute Langzeituntersuchungen, auch für das
Übereinstimmung zwischen gemessenen Wasseräquivalent (siehe Kapitel 6.7) und
und simulierten Werten bestätigt. Als Opti- das Niederschlagsdargebot (siehe Kapitel
mierungszeitraum wurden die Winterhalb- 6.8), bereitgestellt werden.
jahre 1951/52 bis 1980/81, als Verifizie-
rungszeitraum für die festgelegten Optimie- 4.2 Datenvorbearbeitung
rungsparameter die Winterhalbjahre
1981/82 bis 1995/96 verwendet. 4.2.1 Probleme bei der Datenbereit-
stellung
Die Modellparameter sind in erster Nähe-
rung abhängig von der Geländehöhe und Die vorgesehenen Zeitreihenuntersuchun-
zum Teil von der Windgeschwindigkeit. Zu gen zum Langzeitverhalten der Schneede-
den wichtigsten Modellparametern, - d. h. cke erfordern lange, vor allem aber auch
Parameter mit großem Einfluss auf Ände- vollständige Datenreihen. Der weitaus
rungen bei der Simulation der Schneedecke größte Teil aller verwendeten 508 Reihen
-, gehören vor allem der Schwellenwert der erfüllt diese Bedingung ohne Einschrän-
Temperatur (Unterteilung des fallenden kung. Im Interesse der regionalen Ver-
Niederschlags in festen/flüssigen Nieder- gleichmäßigung der Stationsverteilung
schlag), die Niederschlagskorrekturfaktoren mussten aber auch Stationen einbezogen
und der Wärmeübergangskoeffizient. werden, deren Datenreihen Ausfälle aufwie-
sen. Es soll hierzu noch angemerkt werden,
Die Bestimmung der Modellparameter für dass Ergänzungen in der Regel nur dann
jede Klimastation erfolgte nach detaillierten vorgenommen bzw. versucht wurden, wenn
Untersuchungen mit Berücksichtigung der die Ausfälle nicht mehr als maximal zwei
regionalklimatologischen Bedingungen und Winterperioden erreichten.
der Standortbesonderheiten (z. B. Luv-
/Leelage).Datengrundlage 21
Vergleichsstationen in benachbarter und malwert der betreffenden Größe in einer
ähnlicher Lage sind in den meisten Fällen festgelegten Periode.
vorhanden. Auf diese Weise ließen sich die
Im vorliegenden Falle wird die so genannte
Lücken im Allgemeinen mit einem hohen
normierte Schwankungsbreite ermittelt. Sie
Grad an Zuverlässigkeit schließen. Mit der
ist definiert als die auf den Mittelwert der zu
erwähnten Möglichkeit, räumlich unmittelbar
untersuchenden Größe bezogene Differenz
benachbarte Datenreihen in vergleichbarer
der Extremwerte, ausgedrückt durch die
geographischer Situation für die Ergänzun-
Beziehung (hier für die Schneedeckendau-
gen verwenden zu können, wurden in vielen
er):
Fällen sowohl die mesoräumigen Beson-
Amax - Amin
derheiten der Schneedeckenentwicklung als = W A, norm (3)
auch die spezifischen Merkmale der zu er- A
gänzenden Zeitabschnitte (Winterperioden)
bestmöglich berücksichtigt. Amax, Amin = Maximal- bzw. Minimalwert
der Schneedeckendauer für die vorgegebe-
Die räumliche Variabilität der Schneedecke ne Bezugsperiode
ist im meso- und makromaßstäbigen Be- Ā = Mittelwert der Schneede-
reich überwiegend das Ergebnis der topo- ckendauer für die vorgegebene Bezugspe-
graphischen Gliederung. Erfahrungsgemäß riode
bestehen im Mittel straff korrelierte Abhän- WA,norm = normierte Schwankungs-
gigkeiten der Schneedeckenparameter ge- breite der Schneedeckendauer für die vor-
genüber der Geländehöhe. Da die Variabi- gegebene Bezugsperiode
lität mit zunehmender Schneedeckenhöhe
relativ abnimmt, ist im Mittel deshalb folge- Die Abb. 4.1 und die Anlage 1 geben eine
richtig eine Abnahme der Veränderlichkeit Vorstellung von der Größenordnung und der
mit zunehmender Geländehöhe in dem Ma- Höhenabhängigkeit der Veränderlichkeit der
ße zu erwarten, in dem die Schneehöhe Schneedeckendauer, ausgedrückt durch die
zunimmt (vgl. auch [9]; [11]; [12]; [14]). normierte Schwankungsbreite.
Als ein aussagekräftiges Maß für die Ver- Die Besonderheiten bei der Messung des
änderlichkeit, u. a. in Abhängigkeit von der Wasseräquivalents der Schneedecke sind
Geländehöhe, wird die Schwankungsbreite, im Kapitel 4.1 bereits ausführlich beschrie-
auch Variationsbreite, des zu betrachtenden ben worden. Zur Herstellung von Datenrei-
Parameters verwendet. Sie wird ermittelt als hen, die auch für Langzeituntersuchungen
die Differenz zwischen Minimal- und Maxi- geeignet sind, müssen deshalb z. T. be-
trächtliche Ergänzungen vorgenommen
werden.
4,00 4,00
BADEN-WÜRTTEMBERG BAYERN
3,50 3,50
3,00 3,00
2,50 2,50
W A, norm
W A, norm
2,00 2,00
1,50 1,50
1,00 1,00
0,50 0,50
0,00 0,00
0 500 1000 1500 2000 0 500 1000 1500 2000
Geländehöhe (m ü. NN) Geländehöhe (m ü. NN)
Abb. 4.1: Normierte Schwankungsbreite W A, norm der Schneedeckendauer in
Abhängigkeit von der Geländehöhe, Reihe 1951/52 bis 1995/96Sie können auch lesen
