DAS-Basisdienst Klima und Wasser
Portal “Wasserwirtschaft und Schifffahrt” (WS-Klimaportal)

Auf dieser Seite finden Sie Informationen und Daten zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die großen Flüsse und Küstengewässer in Deutschland. Als Teil des DAS-Basisdienstes “Klima und Wasser” liefert das Portal Grundlagen für die Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS).

Das Angebot umfasst Informationen zu vergangenen und zukünftigen Änderungen von Abflüssen, Wassertemperaturen und weiteren Kenngrößen der Wasserbeschaffenheit an Binnenwasserstraßen sowie zu Meeresspiegeländerungen und zur Tidecharakteristik in den Küstengebieten. Weitere Portale des DAS-Basisdienstes sind unten verlinkt.

Klimawandel und Anpassung

Unser Angebot richtet sich an Akteure, die sich für die Auswirkungen des Klimawandels interessieren, sich mit der Anpassung an den Klimawandel auseinandersetzen müssen oder die Forschungsarbeit zu diesem Zukunftsthema voranbringen möchten. Angesprochen sind die Politik, Behörden des Bundes und der Länder, Kommunen, wissenschaftliche Einrichtungen, Unternehmen, Medien sowie die Öffentlichkeit.

Das Angebot befindet sich kontinuierlich im Ausbau. Sollten Sie weitergehenden Beratungs- oder Datenbedarf haben, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf.

Hinweis für WSV-Mitarbeitende

Für wiederkehrende Informationsbedarfe, z.B. im Zuge von routinemäßigen Planungsvorgängen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV), können spezifische flussabschnittsbezogene Berichte konfiguriert, generiert und bereitgestellt werden. Bitte wenden Sie sich bei Interesse an das Funktionspostfach des DAS-Basisdienstes.

Weitere Portale des DAS-Basisdienstes

Der DAS-Basisdienst ist ein gemeinsames Angebot des Deutschen Wetterdienstes (DWD), des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) sowie der Bundesanstalten für Gewässerkunde (BfG) und für Wasserbau (BAW). Neben dem WS-Klimaportal werden Daten, Kontaktinformationen sowie Hintergründe auf den folgenden Portalen angeboten.

Das Portal KuWiK (Küste und Wasserstraße im Klimawandel) der Bundesanstalt für Wasserbau beinhaltet Daten und Änderungssignale unter anderem zu mittlerer Wassertiefe, Strömungs- und Fließgeschwindigkeiten, Gütertransportmengen sowie Tidekennwerten für eine Auswahl deutscher Binnenschifffahrtsstraßen, Ästuare und die Deutsche Bucht.

Das Portal DAS-Klimadaten Küste des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie beinhaltet Daten und Änderungssignale unter anderem zu Meeresspiegelanstieg, Oberflächentemperatur und Oberflächensalzgehalt für die deutsche Nord- und Ostseeküste.

Allgemeine Informationen zum DAS-Basisdienst sowie eine detaillierte Auflistung von Produkten und Informationsangeboten stellt die Webseite des DAS-Basisdienstes zur Verfügung.

Stationsbezogene Auswertungen

Zu den stationsbezogenen Auswertungen geht es hier lang; zum Beispiel Abflussänderungen an Flusspegeln.
Stationsbezogene Auswertungen

Karten

Hier erreichen Sie direkt unseren Atlas; zum Beispiel regional differenzierte Änderungen im Gewässernetz.
Linien- und Flächenbezogene Auswertungen (Atlas)

Rohdaten

Falls Sie Interesse an Zeitreihen- und Rohdaten haben, wenden Sie sich bitte an unser Funktionspostfach das-basisdienst@bafg.de.

Entwicklung des mittleren Abflusses am Pegel Paub. Beispiel für ein weniger aggregiertes Datenprodukt.

Hier finden Sie Informationen zu projizierten Klimaänderungen für eine Auswahl an Themenbereichen und Stationen. Wählen Sie hierfür zunächst eine Station im gewünschten Themenbereich. Die von Ihnen getätigten Eingaben beeinflussen jeweils die Auswahlmöglichkeiten der darunterliegenden Menüpunkte.
Durch ‘Auswahl bestätigen’ gelangen Sie zu den Informationen an der gewählten Station.
Zur Auswahl stehen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur Pegel, deren Einzugsgebietsgröße mindestens 10000 km² umfasst. Bitte wenden Sie sich bei Interesse an weiteren Stationen an das Postfach das-basisdienst@bafg.de.
Die Auswahl kann auch über eine Karte oder eine Tabelle erfolgen.

Wie wirkt sich der Klimawandel auf die Wasserführung aus?

Das Wissen zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die Ressource Wasser ist ein zentraler Baustein einer Klimafolgenbewertung und Klimaanpassungsstrategie. Die projizierten klimatischen Veränderungen führen zu saisonalen und räumlichen Umverteilungen der Abflüsse, häufigeren und längeren Niedrigwasserereignissen und zunehmenden Hochwassern.

Ursachen hierfür sind insbesondere höhere Verdunstungsverluste aufgrund steigender Lufttemperaturen sowie sich saisonal verändernde Niederschlagsmuster. Neben der Lufttemperatur und dem Niederschlag fließen eine Reihe weiterer meteorologischer Daten in die Berechnung der Abflussprojektionen ein.

Wie erfolgt die Berechnung?

Die Daten basieren auf Abflusssimulationen, die mit dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM-ME berechnet und dabei mit Klimaprojektionen angetrieben wurden. In die Berechnung gehen die meteorologischen Parameter Niederschlag, Lufttemperatur, relative Luftfeuchte, Globalstrahlung, Windgeschwindigkeit und Luftdruck ein. Die Abflussprojektionen wurden im Kontext des Forschungsprogrammes BMV-Forschungsnetzwerk (BMV-FoNet) für den Zeitraum 1971-2099 erstellt. Weitergehende Hinweise finden Sie im Reiter Hintergrund.

Die dargestellten Änderungen des Abflusses werden anhand 30-jähriger Zeiträume ermittelt. Somit wird jeweils ein 30-jähriger Zeitraum, welcher in der Zukunft liegt, mit dem 30-jährigen Referenzzeitraum 1971 bis 2000 verglichen.



Weiterführende Informationen

Hintergrundinformationen des WS-Klimaportals
Klimawirkungs- und Risikoanalyse (KWRA) für Deutschland 2021
Beiträge zu einer verkehrsträgerübergreifenden Klimawirkungsanalyse: Wasserstraßenspezifische Wirkungszusammenhänge - Schlussbericht SP 106

Wie wirkt sich die Wasserführung auf die Stoffkonzentration aus?

Der Klimawandel beeinflusst die Wasserführung in Fließgewässern. Da Schad- und Spurenstoffe durch das vorhandene Wasser verdünnt werden, sind auch Stoffkonzentrationen betroffen. Dies ist insbesondere bei Niedrigwasser mit einer ohnehin geringen Verdünnungswirkung relevant.

Neben der Wasserführung beeinflussen weitere Einflussgrößen die tatsächliche Konzentration eines Stoffes im Wasser. Beispiele sind die eingetragene Stoffmenge oder Transport- und Stoffumwandlungsprozesse im Fluss. Ob und wie stark sich Änderungen der möglichen Einflüsse auf die Konzentration auswirken, ist je nach Stoff unterschiedlich und muss gesondert betrachtet werden.

Die hier dargestellten Grafiken zeigen den Einfluss des Faktors “Wasserführung” auf die Konzentration eines Stoffes bei Niedrigwasser. Alle weiteren Einflussgrößen wurden vereinfachend als unverändert angenommen.

Wie erfolgt die Berechnung?

Die Konzentrationsänderung (Δc) wird anhand der Änderung des Abflusses (ΔQ) im Vergleich zum Referenzzeitraum (1971-2000) berechnet. Beide Änderungen werden dabei relativ zum Referenzzustand angegeben und können Werte zwischen  − 1 und  + ∞ annehmen. Ein Wert von 0 würde beispielsweise bedeuten, dass keine Änderung zum Referenzzustand vorliegt. Der Wert  − 0, 2 würde eine Verringerung um das 0,2-fache (oder um 20%), der Wert  + 1, 5 eine Erhöhung um das 1,5-fache (oder um 150%) bedeuten.

Die relative Konzentrationsänderung Δc wird abhängig von der relativen Abflussänderung ΔQ wie folgt berechnet: $$\Delta c = -\frac{\Delta Q}{\Delta Q + 1}$$

Für die Grafiken wird das Ergebnis in Prozent umgerechnet (durch Multiplikation mit 100%).

Berechnungsbeispiel

Beträgt die relative Abflussänderung ΔQ = -0,2, ergibt sich folgende Rechnung: $$\Delta c = -\frac{-0,2}{-0,2 + 1} = \frac{-(-0,2)}{0,8} = \frac{0,2}{0,8} = 0,25$$ Die relative Konzentrationsänderung wäre in diesem Fall Δc = 0,25 bzw. umgerechnet in Prozent Δc = 25%.

Welche Daten sind die Grundlage für die Berechnung?

Die verwendeten Abflussdaten stammen aus Pegelmessungen für die Vergangenheit und aus Abflussprojektionen (Modellierungen) des DAS-Basisdienstes für die Zukunft (siehe Themenbereich “Abfluss”).

Die gemessenen Daten wurden von der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes sowie den gewässerkundlichen Diensten der Bundesländer und der Nachbarstaaten erhoben und über die Datenstelle der Bundesanstalt für Gewässerkunde bezogen.

Aus diesen im Tageszeitschritt vorliegenden Daten wurde eine Zeitreihe der jährlichen Niedrigwasserkennwerte NM7Q (entspricht dem niedrigsten über 7 Tage gemittelten Abfluss in jedem Jahr (hier Wasserhaushaltsjahr von April bis März)) erzeugt, mit welcher anschließend 30-jährige gleitende Mittelwerte (Kennwert “MNM7Q”) gebildet wurden.



Weiterführende Informationen

Einordnung der Ergebnisse im Einzugsgebiet
Spurenstoffe in Fließgewässern: Weiterentwicklung eines Klimafolgen-Beratungsdienstes

Rohdaten

Neben aggregierten Kennwerten und Karten können Sie auch die “rohen” Simulationsdaten über den DAS-Basisdienst beziehen. Dabei handelt es sich um Zeitreihen (meist Tageswerte) für verschiedene Größen (Abfluss, Wassertemperaturen) und eine Vielzahl von Pegeln und Messstellen und – sofern es sich um zukunftsbezogene Daten handelt – viele Projektionen (siehe Beispielgrafik).
Diese Daten können aufgrund des Datenvolumens ohne weitere technische Kenntnisse (z.B. Programmiererfahrung) meist nicht sinnvoll eingesetzt werden. Sie sind i.d.R. für Experten/-innen und Wissenschaftler/-innen geeignet. Sollten Sie Interesse an Rohdaten haben, wenden Sie sich bitte unter Angabe eines Bezugspegels an das Funktionspostfach das-basisdienst@bafg.de.

Darstellung der einzelnen Modellketten anstatt der Perzentile als Beispiel für ein weniger stark aggregiertes Datenprodukt

Hintergrund


Einstieg

Wasser ist zugleich wichtige Lebensgrundlage, Lebensraum und Rohstoff, kann in Extremsituationen jedoch auch eine Gefahr darstellen. Das Wissen zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die Verfügbarkeit von Wasserressourcen, auf Hoch- und Niedrigwasser, die Wasserbeschaffenheit und Änderungen des Meeresspiegels ist somit zentraler Baustein einer Klimafolgenbewertung und Klimaanpassungsstrategie.

Der DAS-Basisdienst “Klima und Wasser” stellt Informationen zu diesen Themen bereit, aktualisiert diese regelmäßig und liefert Antworten auf wiederkehrende Fragestellungen. Die Daten und Auswertungen beruhen auf konsolidierten und bundesweit vergleichbaren wissenschaftlichen Methoden.

Beobachtungsdaten und Zukunftsprojektionen zeigen, dass die im DAS-Basisdienst „Klima und Wasser“ betrachteten Systeme einer hohen Variabilität und einem ständigen Wandel auf unterschiedlichen Zeitskalen unterliegen. Der Begriff “Klimawandel” wird verwendet, wenn Änderungen in vieljährigen Statistiken sichtbar werden, wenn sich also beispielsweise 30-jährige Mittelwerte von Niedrigwasser-, Hochwasser-, Wassergüte und Tidegrößen ändern. Auf eine solche, mindestens einige Jahrzehnte umfassende Zeitskala fokussiert das Angebot dieses Portals.

Zum Verständnis der Daten ist es wichtig, sich mit der grundlegenden Arbeitsweise und Unsicherheitsanalysen vertraut zu machen.

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Grundlegende Arbeitsweise

Die Grundlage der hier angebotenen Auswertungen sind zum einen Beobachtungsdaten, zum anderen Simulationsdaten verschiedener gewässerkundlicher Größen der betrachteten Gewässer. Die Beobachtungsdaten werden durch die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) sowie teilweise durch gewässerkundliche Dienste der Bundesländer und der Nachbarstaaten betrieben (Datenquellen). Die Beobachtungsdaten dienen der Feststellung bereits erfolgter Veränderungen (Klimawandelmonitoring). Dabei ist zu berücksichtigen, dass beobachtete Veränderungen in der Regel nicht allein auf den Klimawandel zurückzuführen sind.
Die Basis für alle zukunftsbezogenen Änderungsanalysen sind Modellsimulationen. Sie sind das Ergebnis einer Kette von Modellen und Datenverarbeitungsschritten, die ausgehend unterschiedlichen Szenarien der Zusammensetzung der Erdatmosphäre das komplette Erdsystem abbilden und im Fall des DAS-Basisdienstes “Klima und Wasser” letztlich auf die Einzugs- und Küstengebiete Deutschlands fokussieren. Auch hier gibt es zahlreiche Unsicherheiten und – für Zukunftsaussagen unvermeidlich – Ungewissheiten.

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Modellsimulation

Überblick

Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) führt Modellsimulationen durch, anhand derer Folgen des Klimawandels für die Wasserwirtschaft, insbesondere für die Verkehrswasserwirtschaft in Deutschland bewertet werden können. Der dabei angewendete Arbeitsablauf (s. Abb. Ablaufschema) beginnt mit hydrometeorologischen Größen (Lufttemperatur, Niederschlag, Globalstrahlung, Wind, relative Luftfeuchte) und deren für die Zukunft projizierten Änderungen. Die meteorologischen Größen werden mittels eines Wasserhaushaltsmodells in hydrologische Größen wie Abfluss, Verdunstung und Schnee umgesetzt. Ausgehend von ausgewählten meteorologischen Größen (u.a. maximale tägliche Lufttemperatur) und hydrologischen Größen (Abfluss) werden ferner physikalische Eigenschaften (Temperatur) und Güteparameter des Gewässers simuliert. Dieser Arbeitsablauf wird auch als Modellkette bezeichnet.

Ablaufschema zur Erstellung von Projektionen von Wasserhaushalts- und Wassergüteparametern. Arbeitsmodule, übergebene Größen und Modelle

Ablaufschema zur Erstellung von Projektionen von Wasserhaushalts- und Wassergüteparametern. Arbeitsmodule, übergebene Größen und Modelle

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Klimaszenarien und -modelle

Ausgangspunkt bilden derzeit (Sachstand 2020) 8 globale Klimamodelle (GCM, davon zwei mit zwei unterschiedlichen Realisierungen, d.h. 10 GCM-Läufe) des Coupled Model Intercomparison Project Nr. 5 (CMIP5, Meehl und Bony, 2011), die mit 3 unterschiedlichen Entwicklungspfaden von Treibhausgaskonzentrationen angetrieben werden. Dabei wird von unterschiedlichen Erfolgen im Klimaschutz ausgegangen, von “gering” (RCP8.5, also hohe Konzentrationen), über “mittel” (RCP4.5) bis “hoch” (RCP2.6, also niedrige Konzentrationen; van Vuuren et al., 2011).
In den Projekten EURO-CORDEX (Jacob et al., 2014) und REKLIES-DE (Hübener et al., 2017) wurden die GCMs mit 9 regionalen Klimamodellen (RCM, davon zwei in je zwei unterschiedlichen Versionen, also 11 RCM-Varianten) für Mitteleuropa dynamisch bzw. statistisch regionalisiert.
Die hier verfügbaren Auswertungen basieren auf einem Datenbestand aus den Jahren 2018/2019. Zu diesem Zeitpunkt waren 44 Simulationen (basierend auf 21 Kombinationen von RCP-Szenarien sowie globalen und regionalen Klimamodellen) Teil des “Referenz-Ensembles” für die Klimafolgenbewertung in Deutschland. In diesem Ensemble wurden einige Simulationen ausgeblendet, die von den Klimamodellierern als fehlerhaft markiert wurden. Hinweise hierzu finden sich z.B. in den Mitteilungen zu Klimaprojektionen des DWD (externer Link). Die finale Auswahl von Klimaprojektionen findet sich in der Tabelle Modellkombinationen.

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Aufbereitung der Klimamodelldaten

Der Deutsche Wetterdienst nimmt die Aufbereitung und meteorologische Auswertung der regionalen Klimamodelldaten für die verschiedenen Klimawirkungsanalysen des Bundes und der Länder vor (Sachstand 12/2020, z.B. Brienen et al., 2019; vgl. Modul Klima@DWD in Abb. Ablaufschema und Tabelle Modellkombinationen). Zu den Aufbereitungsschritten gehört eine multivariate Biasadjustierung (Cannon, 2018) auf Basis des hydrometeorologischen Referenzdatensatzes HYRAS (Tageswerte; z.B. Rauthe et al., 2013) sowie eine räumliche Disaggregierung auf das ebenfalls von HYRAS vorgegebene Raster von 5 km x 5 km.

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Klimamodellensemble für die Wasserwirtschaft

Mit Blick auf eine plausible Projektion von Wasserhaushaltsgrößen und eine belastbare wasserwirtschaftliche Klimawirkungsabschätzung müssen die verwendeten Klimamodelle wesentliche Grundzüge des beobachteten Klimas und insbesondere des Niederschlagsgeschehens (z.B. den Jahresgang, wesentliche räumliche Gradienten) einigermaßen reproduzieren können. Daher wurden die Klimamodelldaten (vor der Bias-Adjustierung) durch die BfG einer grundlegenden Prüfung unterzogen (Nilson, 2021; Nilson et al., 2014). Aufgrund der Prüfung wurden von den oben genannten 21 Modellkombinationen fünf aus der weiteren Auswertung ausgeschlossen. Es ergeben sich somit Ensembles von 16 Simulationen für das Szenario 8.5 (geringer Klimaschutz, hohe Treibhausgaskonzentrationen), 11 Simulationen für RCP4.5 (mittlerer Schutz, mittlere Konzentrationen) und 10 Simulationen für RCP2.6-Szenario (niedrige Treibhausgaskonzentrationen) (Sachstand 12/2020).

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Das Wasserhaushaltsmodell

Sachstand CMIP5 (DAS KWRA 2021)

Auf Grundlage eines plausibilisierten Klimamodellensembles wurden innerhalb des Projektes BMV-Forschungsnetzwerk Wasserhaushaltssimulationen mit dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM-ME für die Einzugsgebiete von Rhein, Elbe, oberer Donau, Weser und Ems durchgeführt (Stand 12/2020, Nilson et al., 2020; Modul Hydrologie@BfG in Abb. Ablaufschema und Tabelle Modellkombinationen). Das Klimamodellensemble basiert auf dem Coupled Model Intercomparison Project Nr. 5 (CMIP5), innerhalb dessen nach einer standardisierten Vorgehensweise globale Klimasimulationen für den 5. Sachstandsbericht des Weltklimarates (AR5) berechnet wurden. In den Projekten EURO-CORDEX (Jacob et al., 2014) und REKLIES-DE (Hübener et al., 2017) wurden diese globalen Klimasimulationen (GCM) mit 9 regionalen Klimamodellen (RCM, davon zwei in je zwei unterschiedlichen Versionen, also 11 RCM-Varianten) für Mitteleuropa dynamisch bzw. statistisch regionalisiert.

LARSIM-ME ist ein räumlich verteiltes prozessorientiertes Modell, das die deutschen Flusseinzugsgebiete inklusive ihrer oberstrom gelegenen ausländischen Einzugsgebietsanteile in einer horizontalen Auflösung von 5 km und einer zeitlichen Auflösung von einem Tag abdeckt[1]. Die Verdunstungsberechnung erfolgt nach dem Ansatz von Penman-Monteith (ATV-DVWK, 2002), der die biaskorrigierten Eingangsgrößen Lufttemperatur, Globalstrahlung, Windgeschwindigkeit, relative Luftfeuchte und Luftdruck erfordert. Eine wesentliche Eingangsgröße ist ferner der ebenfalls biasadjustierte Niederschlag, der hinsichtlich des in den HYRAS-Daten enthaltenen Niederschlagsmessfehlers LARSIM-intern nochmals korrigiert wird. LARSIM-ME generiert Tageswerte aller Wasserhaushaltsgrößen (inkl. Schnee, aktuelle Verdunstung, Grundwasserneubildung etc.), wobei der Durchfluss an den Pegeln der großen Fließgewässer (Rhein, Elbe, obere Donau, Weser, Ems) zu den Schlüsselprodukten zählt.

Sachstand CMIP3 (BMV-KLIWAS)

Die hydrologische Modellierung erfolgte für die Flussgebiete Rhein, Elbe und obere Donau mit semidistributiven konzeptionellen HBV-Modellen. Zwischen den Flussgebieten gibt es Unterschiede in den verarbeiteten Eingangsdaten, die durch die unterschiedlichen Verdunstungsansätze begründet sind. Ferner liegen für die obere Donau lediglich Monatswerte vor, was sich auf die auswertbaren Kennwerte auswirkt.

Übersicht der verwendeten hydrologischen Modelle für die Sachstände CMIP5 (DAS KWRA 2021) und CMIP3 (BMV-KLIWAS)
LARSIM-ME (CMIP5) HBV-134 (Rhein, CMIP3) HBV190 (Elbe, CMIP3) COSERO (o. Donau, CMIP3)
Modellsystem LARSIM HBV-SMHI HBV-D COSERO
Auflösung, räumlich 5 km horizontale Auflösung 134 TEZG 190 TEZG 12 TEZG
Auflösung, zeitlich 1 Tag 1 Tag 1 Tag 1 Monat
Verdunstung Penman-Monteith Penman Wendling mod. Blaney-Criddle (T= 5°C), Ivanov (T < 5°C) Turc, korr. mit Penman-Monteith
Wasserwirtschaft 107 Talsperren, Rückhaltebecken und Seen keine keine 13 größte Speicher
Met. Input Prec, Tas, Rsds, Rlfu, Wind, AirP Prec, Tas, Rsds Prec, Tas Prec, Tas, SD
Meteorologisches Beobachtungsprodukt HYRAS CHR_OBS HYRAS Stationsdaten & HISTALP

[1] Derzeit sind die küstennahen, tidebeeinflussten Bereiche und die Einzugsgebiete von Maas und Oder, deren Einzugsgebiete nur zu einem geringen Anteil in Deutschland liegen, ausgenommen.

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Das Wassergütemodell

Die Wassergüte- und Wassertemperaturmodellierung erfolgt mit dem Modellsystem QSim für die Wasserstraßen Rhein und Elbe (Sachstand 12/2020, QSim 2018, Modul Wassergüte@BfG in Abb. Ablaufschema). QSim verwendet neben der Größe “Durchfluss” (s. o.) meteorologische Größen (Globalstrahlung, mittlere und maximale Lufttemperatur, Wind, Bewölkung), die den Wärmehaushalt eines Gewässers steuern. Die Stoffeinträge wurden auf dem aktuellen Niveau belassen, um die spezifischen Folgen des zukünftigen Klimawandels unabhängig von anderen Veränderungen (z. B. der Landnutzung oder Technik der Abwasserbehandlung) betrachten zu können. Aus demselben Grund wurden Wärmeeinleitungen, z.B. durch Kraftwerke oder und Abwasser, nicht berücksichtigt. Der Aspekt “Klimawandel” basiert zurzeit aufgrund begrenzter Rechen-, und Zeitressourcen auf einem weiter reduzierten Teilensemble. Ausgehend von den 16 Durchflussprojektionen des RCP8.5 wurden nach dem Verfahren der “Repräsentativen Simulationen” (Nilson, 2021; Nilson und Krahe, 2012) fünf Projektionen ausgewählt (vgl. Wassergüte@BfG in Tabelle Modellkombinationen), die die Spannweite möglicher Änderungen des Niedrigwasserkennwertes NM7Q an Rhein und Elbe gut abdecken. Der Niedrigwasserkennwert NM7Q errechnet sich als das niedrigste 7-Tagesmittel des Durchflusses.

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Vorliegende Projektionen

Vorliegende Projektionen (Sachstand CMIP5 (DAS KWRA 2021), Stand 06/2021)

Übersicht der Modellkombinationen (GCM-Realisierung-RCM) und verschiedenen (Teil-) Ensembles für das RCP8.5, RCP4.5 und RCP2.6 des Sachstandes CMIP5 (DAS KWRA 2021). Eingeklammert sind Modellkombinationen, die ggf. zeitnah ergänzt werden (Quelle: Nilson (2021), verändert)
Kurzbezeichnung GCM-Realisierung-RCM DWD-Referenzensemble BfG-Ensemble Wasserhaushalt BfG-Ensemble Wassergüte KLIWA-Ensemble
CANESM2-r1-CCLM 8.5 – – – – –
CANESM2-r1-REMO 8.5 – – 8.5 – –
ECEARTH-r1-WRF 8.5 – – – – – 8.5 – –
ECEARTH-r1-RACMO 8.5 4.5 – 8.5 4.5 – 8.5 – – 8.5 4.5 –
ECEARTH-r12-CCLM 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6 8.5 – – 8.5 4.5 2.6
ECEARTH-r12-RACMO 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6 8.5 – – 8.5 4.5 2.6
ECEARTH-r12-RCA 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6
ECEARTH-r12-REMO 8.5 – – 8.5 – – 8.5 – –
HADGEM2-r1-CCLM 8.5 4.5 – – – –
HADGEM2-r1-RACMO 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6
HADGEM2-r1-RCA 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6
HADGEM2-r1-REMO 8.5 – – 8.5 – –
HADGEM2-r1-WRF 8.5 – – (8.5 – –) 8.5 – –
IPSL-r1-RCA 8.5 4.5 – 8.5 4.5 –
MIROC5-r1-CCLM 8.5 – 2.6 8.5 – 2.6 8.5 – – 8.5 – 2.6
MIROC5-r1-REMO 8.5 – – 8.5 – –
MPIESM-r1-CCLM 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6
MPIESM-r1-RCA 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6
MPIESM-r1-REMO 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6
MPIESM-r2-REMO 8.5 4.5 2.6 8.5 4.5 2.6
MPIESM-r1-WRF 8.5 – 2.6 (8.5 – 2.6) 8.5 – 2.6
n = 20 12 11 16 (18) 11 10 (11) 5 – – 9 (7) 6 7 (6)

Vorliegende Projektionen (Sachstand CMIP3, BMV-KLIWAS)

Übersicht der Modellkombinationen (GCM(Realisierung)-RCM) für das A1B Szenario des Sachstandes CMIP3 (BMV-KLIWAS)
Kurzbezeichnung BfG-KLIWAS-Ensemble
ARP-ALD45 A1B
ARP-ALD51 A1B
BCM-HH A1B
BCM-RCA A1B
EH5r1-CLM24 A1B
EH5r1-RE-UBA A1B
EH5r2-CLM24 A1B
EH5r2-RE-BFG A1B
EH5r3-RACMO A1B
EH5r3-RCA A1B
EH5r3-RE-ENS A1B
EH5r3-REGCM A1B
EH5r3-RE-KLM A1B
HCQ0-CLM24 A1B
HCQ0-HH A1B
HCQ0-HRQ0 A1B
HCQ0-RE-BFG A1B
HCQ16-RCA3 A1B
HCQ3-HRQ3 A1B
HCQ3-RCA A1B
MIROC-RACMO A1B
n = 21

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Beobachtungsdaten

Küstenpegel

Bei allen Pegelstellen ist zu beachten, dass die Beobachtungsorte, z.T. auch mehrfach, mit der Zeit geändert worden sind. Die dargestellten Datenreihen bestehen entsprechend nicht aus Messwerten eines einzelnen Pegels, sondern aus einem Cluster von Pegeln, also mehreren Pegeln deren Beobachtungsergebnisse aus hydrologischen Abschätzungen vergleichbare Eigenschaften aufweisen und somit als einheitliches Ganzes betrachtet werden können.

Es muss auch beachtet werden, dass die Pegel nicht dazu erbaut worden sind ein langfristiges Monitoring von Tidewasserständen durchzuführen. Vielmehr wurden die Pegel für navigatorische, wasserbauliche, sielrechtliche und -technische Gründe erbaut. Einzig für den ersten Pegel „Alte Liebe“ in Cuxhaven lässt sich vermuten, dass die Messungen auch der Beobachtung einer säkularen Veränderung dienen sollte, denn es wurde vom Erbauer erkannt, dass die Beobachtungen „oft in späteren Zeiten unerwartet hohen Nutzen“ haben.

Es ergibt sich für jeden Pegelcluster eine lange und komplexe Historie, die bei der Betrachtung der Zeitreihen immer mitgedacht werden sollte. Die Angaben zu den Pegelstellen im Folgenden beruhen im Wesentlichen auf Angaben in den Pegelstammbüchern, Rhode (1975) und Lohrberg (1989).

Pegelcluster Bremerhaven

An der Geestemündung bestanden schon in der ersten Hälfte des 19. Jahrhundert Pegel, von denen aber kein längeres Beobachtungsmaterial bekannt ist. Ab 1862 liegen Beobachtungsdaten von einem Pegel an der Geestebrücke vor, später ab 1879 wurden Wasserstände an einer zugeschütteten Hafeneinfahrt beobachtet. Ab 1898 bis 1943 wurden vom Geodätischen Institut in Potsdam Wasserstände im Vorhafen der Kaiserschleuse aufgezeichnet. Zusätzlich wurde 1927 ein neuer Pegel an der Doppelschleuse, also fast drei Kilometer von der Kaiserschleuse entfernt, errichtet. An dieser Stelle werden bis etwa 1980 Wasserstände beobachtet. Ab 1965 wurde ein weiterer Pegel, der Pegel „Alter Leuchtturm“, in Betrieb genommen. An diesem Pegel werden bis heute Wasserstände gemessen. Für den Pegelcluster Bremerhaven muss der Weserausbau berücksichtigt werden. Hierdurch gilt in einigen Zeitabschnitten ein langfristiges Absinken der Tideniedrigwasserstände als wahrscheinlich.

Pegelcluster Büsum

Der erste Pegel in Büsum wurde 1868 am Standort „Alter Hafen“ gebaut, hier wurden zunächst die Tidehochwasser beobachtet, es kann angenommen werden, dass der Pegelort bei Tideniedrigwasser trockenfiel. Erst mit der Errichtung eines Pegels am Standort „Neuer Hafen“ im Jahr 1930 konnten auch die Tideniedrigwasser erfasst. Der Büsumer Hafen wurde 1937 bis 1941 umfangreich ausgebaut und bekam eine Seeschleuse zum Schutz vor Sturmfluten. Dieses bedingte den Bau eines neuen Pegels an ebendieser Schleuse im Jahr 1941, doch bereits 1943 wurde der Pegel geringfügig innerhalb der Schleusenanlage umgesetzt. Ab 1953 wurde der Pegel wieder versetzt, dieses Mal an den Kopf der Westmole. Dieser Pegel wurde bis 1984 verendet, danach bis 1987 existierte nur ein Hilfspegel. Ab 1987 bis heute befindet sich ein Pegel am „Neuen Westmolenkopf“. Die Tidewasserstände sind möglicherweise durch die Schließung der Meldorfer Bucht 1969 bis 1978 beeinflusst.

Pegelcluster Cuxhaven

Schon im Jahr 1786 wurde vom Wasserbaudirektor Woltmann in Cuxhaven ein komplexer „Fluthmesser“ errichtet und mit der regelmäßigen Beobachtung von Tidewasserständen begonnen. Der erste Pegel stand an der „Alten Liebe“, einer künstlich angelegten Mole des Hafens. Durch Erwähnungen in verschiedenen zeitgenössischen Dokumenten und Wasserstandlisten lässt sich die Existenz des Pegels bis mindestens 1898 nachweisen. Der Pegel diente ähnlich, wie der Pegel in Amsterdam oder Hamburg zugleich bis 1875 als Höhenbezugspunkt des Höhensystems in Cuxhaven. Im Jahr 1899 wurde etwa 700 m Stromauf am „Landungshöft“, dem inneren einer Hafenmole, ein Schreibpegel eingerichtet. 1916 wurde der Pegel nochmal um 130 m östlich zum „Steubenhöft“ versetzt. Dort steht der Pegel noch heute. Es ist nicht auszuschließen, dass wasserbauliche Maßnahmen in der Tideelbe Spuren im historischen Verlauf der Tideniedrigwasserstände hinterlassen haben.

Pegelcluster Emden

In Emden gab es wahrscheinlich seit Ende des 18. Jahrhunderts Pegelstellen um den Betrieb der Siele zu sichern. Ab Anfang des 19. Jahrhunderts lassen sich dazu auch beobachtete Wasserstände in Archiven finden, deren Nullpunkt sich derzeit nicht nachvollziehen lassen. Dieses ist erst ab 1848 mit der Einrichtung des Pegels an der Nesserländer Schleuse möglich, dessen Nullpunkt in der Höhe durch Nivellement und Berechnungen bekannt ist. Der Pegel Nesserland wird seit 1901 im Gewässerkundlichen Jahrbuch veröffentlicht. Bei den Tideniedrigwasserwerten ist zu beachten, dass es sich um einen Sielpegel handelt und das Sielen Einfluss auf die Niedrigwasserstände haben kann. Ab 1931 liegen Daten für den Pegel „Neue Seeschleuse“ vor. Um Lücken vor 1900 zu schließen wurden Beobachtungen des Pegels am Siel in Knock verwendet, deren Werte auf Emden reduziert wurden.

Pegelcluster Wilhelmshaven

Der erste Pegel in Wilhelmshaven wurde 1854 am „Dauenfelder Groden“ eingerichtet. 1871 wurde der Pegelort an die 2. Hafeneinfahrt verlegt. Bis zu Bauarbeiten 1911 wurden an dieser Stelle Wasserstände beobachtet, ab 1878 mittels eines Schreibpegels. Von 1911 bis 1913 wurde als Ersatz ein Pegel in die Nähe der „Nassaubrücke“ betrieben. Letztendlich seit 1913 wurde ein neuer Pegel unmittelbar in der Nähe des vorherigen, am alten Vorhafen gebaut, welcher bis heue Existiert. Dieser Pegel wurde mehrfach umbenannt, aber nicht wieder verlegt. Für den Pegelcluster von Wilhelmshaven lässt sich seit 1854 für alle Pegel ein Bezug zum übergeordneten Referenzsystem herstellen.

Verwendete Kennwerte

MNQ Langjähriges Mittel (30 Jahre) des niedrigsten Abflusses/Wasserstandes in einer Periode (hier: Wasserhaushaltsjahr, April bis März)
NM7Q Niedrigstes 7-Tagesmittel des Abflusses/Wasserstandes in einer Periode (hier: Wasserhaushaltsjahr, April bis März)
Q30 Abfluss/Wasserstand, der im langjährigen Mittel (30 Jahre) an 30 Tagen pro (Wasserhaushalts-) Jahr unterschritten wird
Q20 Abfluss/Wasserstand, der im langjährigen Mittel (30 Jahre) an 20 Tagen pro (Wasserhaushalts-) Jahr unterschritten wird. Die Berechnung erfolgt hier i.d.R. analog zur Berechngung des gleichwertigen Wasserstandes/Abflusses (GlW/GlQ), der lediglich alle 10 Jahre neu berechnet wird.
MQ Mittlerer Abfluss/Wasserstand in einer Periode (hier: Hydrologisches Jahr, November bis Oktober)
MQS Mittlerer Abfluss/Wasserstand in einer Periode (hier: Hydrologisches Sommerhalbjahr, Mai bis Oktober)
Q330 Abfluss/Wasserstand, der im langjährigen Mittel (30 Jahre) an 330 Tagen pro (hydrologischem) Jahr unterschritten wird
MHQ Langjähriges Mittel (30 Jahre) des höchsten Abflusses/Wasserstandes in einer Periode (hier: Hydrologisches Jahr, November bis Oktober)
Tw Langjähriges Mittel (30 Jahre) der Wassertemperatur für den Tag des Jahres
MHThw Langjähriges Mittel (19 Jahre) der höchsten Tidehochwasserstände eines Jahres (sinngemäß nach DIN 4049-3)
MThb Langjähriges Mittel (19 Jahre) des Tidehubs eines Jahres (sinngemäß nach DIN 4049-3)
MThw Langjähriges Mittel (19 Jahre) der Tidehochwasserstände eines Jahres (sinngemäß nach DIN 4049-3)
MTmw Langjähriges Mittel (19 Jahre) der Tidemittelwasserstände eines Jahres (Definition nach IHO S-52)
MTnw Langjähriges Mittel (19 Jahre) der Tideniedrigwasserstände eines Jahres (sinngemäß nach DIN 4049-3)
dC bei MNM7Q Konzentrationsänderung eines Stoffes bei gegebener relativer Änderung des Abflusskennwertes MNM7Q

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Datenquellen

Wasserstands- und Abflussdaten

Die verwendeten Beobachtungsdaten beruhen auf Messungen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes, sowie der gewässerkundlichen Dienste der Bundesländer und der Nachbarstaaten. Die Daten der WSV können über die Datenstelle der Bundesanstalt für Gewässerkunde bezogen werden: . Im Küstenbereich werden zusätzlich Pegeldaten aus historischen Quellen verwendet, die die BfG erschlossen hat. Diese Daten können wie auch alle simulierten Daten über bezogen werden. Zu den gewässerkundlichen Diensten der Länder können Kontakte vermittelt werden.

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Wassertemperaturdaten

Das Wassergütemodell wurde anhand von gemessenen Daten der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes und der Bundesanstalt für Gewässerkunde validiert. Alle simulierten Daten wurden durch die Bundesanstalt für Gewässerkunde erstellt und können bezogen werden über .

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Klimadaten

  • Die verwendeten Beobachtungsdaten stammen vom Deutschen Wetterdienst. Zentrales Produkt ist HYRAS, das neben DWD-Stationsdaten auch Stationsdaten der Wetterdienste aus den Nachbarländern einbezieht. Weitere Informationen finden sich auf der Hauptseite des DAS-Basisdienstes.

  • Die Klimamodelldaten stammen aus verschiedenen Forschungsprojekten und koordinierten Modellieraktivitäten zahlreicher Forschungsinstitute:

    • CMIP (Globale Klimamodelldaten): “We acknowledge the World Climate Research Program’s Working Group on Coupled Modelling, which is responsible for CMIP, and we thank the climate modeling groups for producing and making available their model output. For CMIP the U.S. Department of Energy’s Program for Climate Model Diagnosis and Intercomparison provides coordinating support and led development of software infrastructure in partnership with the Global Organization for Earth System Science Portals.” https://www.wcrp-climate.org/wgcm-cmip

    • EURO-CORDEX (Regionale Klimamodelldaten): “We acknowledge the World Climate Research Programme’s Working Group on Regional Climate, and the Working Group on Coupled Modelling, former coordinating body of CORDEX and responsible panel for CMIP5. We also thank the climate modelling groups for producing and making available their model output. We also acknowledge the Earth System Grid Federation infrastructure an international effort led by the U.S. Department of Energy’s Program for Climate Model Diagnosis and Intercomparison, the European Network for Earth System Modelling and other partners in the Global Organisation for Earth System Science Portals (GO-ESSP).” https://www.euro-cordex.net

    • REKLIES-DE (Regionale Klimamodelldaten): Hübener, H., Bülow, K., Fooken, C., Früh, B., Hoffmann, P., Höpp, S., Keuler, K., Menz, C., Mohr, V., Radtke, K., Ramthun, H., Spekat, A., Steger, C., Toussaint, F., Warrach-Sagi, K., Woldt, M., 2017. ReKliEs-De, Regionale Klimaprojektionen Ensemble für Deutschland, Ergebnisbericht. https://reklies.hlnug.de

  • Die Aufbereitung der Klimamodelldaten erfolgt durch den DWD (Modul Klima@DWD). Einzelheiten hierzu finden Sie auf der zentralen Seite des DAS-Basisdienstes.

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Wissenschaftliche Begleitforschung

Die Methoden, Modelle und Datengrundlagen des DAS-Basisdienstes “Klima und Wasser” werden in Forschungsprojekten vorbereitet und weiterentwickelt. Derzeit ist das Themenfeld “Klimawandelfolgen und Anpassung” des BMV-Forschungsnetzwerkes ein wichtiger Motor der Entwicklungsarbeiten (Phase 1: 2016-2019, Phase 2: 2020-2025, Phase 3: 2026-2030). Zentrale Grundlagen wurden aber bereits im Forschungsprogramm KLIWAS (2007-2013) geschaffen und auch andere Projekte haben den Erkenntniszuwachs gefördert:

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Pressemitteilungen zum Dienst, Veröffentlichungen der Beteiligten

2021

  • Pressemitteilung: Gemeinsam für Umwelt und Gesellschaft: Umfangreiche Analyse zum Klimawandel vorgestellt
  • Pressemitteilung: Stress an den deutschen Flüssen: Der Klimawandel setzt Umwelt und Wirtschaft unter Druck
  • Nilson, E., 2021. Vier Probleme bei der Umsetzung von ‘Klimawissen’ in die Praxis – Überlegungen zum Aufbau von Klimaprojektionsdiensten aus der Perspektive einer gewässerkundlichen Bundeseinrichtung. PROMET, 104: 63-70.
  • Nilson, E., Fleischer, C., Becker, A., Fischer, H., 2021. Auswirkungen des Klimawandels auf Niedrigwasser, Wassertemperaturen und Wassergüte. In: Belz et al., Die Niedrigwassersequenz der Jahre 2015 bis 2018 in Deutschland. Analyse, Einordnung und Auswirkungen. BfG-Mitteilung, Koblenz.

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2020

  • Pressemitteilung: Hydrologisches Silvester läutet neue Langzeitmessperiode 2021-2050 ein
  • Nilson, E., Astor, B., Bergmann, L., Fischer, H., Fleischer, C., Haunert, G., Helms, M., Hillebrand, G., Kikillus, A., Labadz, M., Mannfeld, M., Razafimaharo, C., Patzwahl, R., Rasquin, C., Riedel, A., Schröder, M., Schulz, D., Seiffert, R., Stachel, H., Wachler, B., Winkel, N., 2020. Beiträge zu einer verkehrsträgerübergreifenden Klimawirkungsanalyse: Wasserstraßenspezifische Wirkungszusammenhänge. Schlussbericht des Schwerpunktthemas Schiffbarkeit und Wasserbeschaffenheit (SP-106) im Themenfeld 1 des BMDV-Expertennetzwerks. DOI:10.5675/ExpNNE2020.2020.07
  • Nilson, E., Iber, C., 2020. Hochwasser und Klimawandel. Sind wir sicher? Gemeinde und Stadt, 11/2020: 325-328.

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2019

  • Pressemitteilung: Neuer Vorhersage- und Klimaberatungsdienst für Schifffahrt und Manager: BfG will den großen Informationsdurst stillen
  • Gyldenfeldt, v., A., Hein, H., 2019: National report of Germany : Intergovernmental Oceanographic Commission of UNESCO. 16th Session of the Group of Experts of Global Sea Level Observing System (GLOSS),11th–13thof April2019Busan, Republic of Korea
  • Hein, H. 2019: Seegang unter Annahme eines beschleunigten Meeresspiegelanstieges: Untersuchung für die Schleusen in Kiel, Bfg-Bericht Nr. 1988, Koblenz.
  • Nilson, E., Abalichin, J., Bilal, A., Brauch, J., Dick, S., Dröse, M., Ehlers, B.-M., Eichler, D., Emami, F., Fischer, H., Geläschus, H., Janssen, F., Keller, G., Knauft, F.-J., Krause, P., Rauthe, M., Rothe, M., Schröder, M., Stachel, H., Stegert, C., van Trang, P., Walter, A., Winkel, N., Zierul, R., 2019. ProWaS-Pilot - Projektionsdienst für Wasserstraßen und Schifffahrt. Interner Schlussbericht Phase 1.
  • Nilson, E., Krahe, P., 2019. Klimawandel und Rheinschifffahrt. Geographische Rundschau, 12/2019: 4.
  • Nilson, E., Wurms, S., 2019. Low flow extremes of the Rhine river – Causes, impacts and adaptation of the most important inland waterway in Europe.
  • Nilson, E., Klein, B., 2019. Von der Forschung zum Dienst – Langfristige Vorhersage- und Projektionsprodukte der BfG, BfG-Veranstaltungen 2019, pp. 7.

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2018

  • Nilson, E., Abalichin, J., Bilal, A., Brauch, J., Dick, S., Dröse, M., Ehlers, B.-M., Eichler, D., Emami, F., Fischer, H., Geläschus, H., Janssen, F., Keller, G., Knauft, F.-J., Krause, P., Rauthe, M., Rothe, M., Schröder, M., Stachel, H., Stegert, C., van Trang, P., Walter, A., Winkel, N., Zierul, R., 2018. ProWaS - Climate Projection service for Waterways and Navigation in Germany. Geophysical Research Abstracts, 21: 1.

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Archiv

  • Pressemitteilung 2010: Auswirkungen des Klimawandels auf die Abflüsse des Rheins
  • Pressemitteilung 2014: DKK-Klima-Frühstück: „Extrem-Sommer 2014 - Wetter oder Klimawandel?“
  • Görgen, K., Beersma, J., Brahmer, G., Buiteveld, H., Carambia, M., de Keizer, O., Krahe, P., Nilson, E., Lammersen, R., Perrin, C., Volken, D., 2010b. Assessment of Climate Change Impacts on Discharge in the Rhine River Basin: Results of the RheinBlick2050 Project, Lelystad.
  • Gyldenfeldt, von, A.; Hein, H. National report of Germany : Intergovernmental oceanographic commission of UNESCO ; 15th Session of the Group of Experts of Global Sea Level Observing System (GLOSS) ; 8th - 9th of July 2017, New York, United States of America.
  • Hardenbicker, P., Viergutz, C., Becker, A., Kirchesch, V., Nilson, E., Fischer, H., 2017. Water temperature increases in the river Rhine in response to climate change. Reg Environ Change, 17(1): 299-308. DOI:10.1007/s10113-016-1006-3
  • Hein, H., S. Mai, S., Barjenbruch, U., 2014. Klimabedingt veränderte Tidekennwerte und Seegangsstatistik in den Küstengewässern, KLIWAS Schriftenreihe KLIWAS-33/2014, Koblenz, 2014.
  • Hein, H., R. Weiss, U. Barjenbruch, S. Mai, 2010. Uncertainties of tide gauges & the estimation of regional sea level rise. Proc. of the Int. Conf., Hydro 2010.
  • Hein, H., S. Mai, S., U. Barjenbruch, 2011. What Tide Gauges Reveal about the Future Sea Level, Proc. of the 4th AcquaAlta, Link zum PDF.
  • Hein, H., S. Mai, S., U. Barjenbruch, 2011. Coastal long-term processes, tidal characteristics and climate change, 5th International Short Conference on Applied Coastal Research, Aachen, Conference Proceedings.
  • Hein, H., Mai, S., Barjenbruch, U, Blasi, C., 2012. Computer-aided quality assurance of high-resolution digitized historic tide-gauge records, Proc. of the Int. Conf. Hydro 2012, Rotterdam.
  • Hein, H., S. Mai, S., U. Barjenbruch, 2013. The long way from uncertain data and knowledge to adaptive management of coastal waterways. Proc. Of the Int. Conf. European Climate Change Adaptation Conference 2013, Hamburg.
  • Hein, H., Mayer, B., Mai, S., Barjenbruch, U., 2013. Variations of regional sea level and coastal tides: observations and model results. Book of Abstracts of 6th International Conference on Water Resources and Environment Research (ICWRER), Koblenz, 2013.
  • Hein, H., Mai, S., Barjenbruch, U., 2013. Simulated future tides and sea state in the Elbe estuary. Proc. of the 1st Int. Conf. on Advances in Extreme Value Analysis and Application to Natural Hazards (EVAN), Siegen 2013.
  • Hein, H., Mai, S., Barjenbruch, U., 2014. Long-term Changes of the Tidal Amplitudes and Phases in the Elbe Estuary. Proc. of 11th Int. Conf. on Hydroscience and Engineering, Hamburg, 2014.
  • IKSR, 2011. Szenarienstudie für das Abflussregime des Rheins. IKSR-Bericht Nr. 188, Internationale Kommission zum Schutze des Rheins.
  • Jenning, S., Hein, H., Schüttrumpf, H., Mai, S., Barjenbruch, U., 2013. Analyzing regional sea level changes: Tidal characteristics, intra- and inter-annual frequencies, probabilistic trends. Book of Abstracts of 6th International Conference on Water Resources and Environment Research (ICWRER), Koblenz, 2013.
  • Krahe, P., Nilson, E., Carambia, M., Maurer, T., Tomassini, L., Bulow, K., Jacob, D., Moser, H., 2009. Wirkungsabschätzung von Unsicherheiten der Klimamodellierung in Abflussprojektionen – Auswertung eines Multimodell-Ensembles im Rheingebiet. Hydrol. Wasserbewirtsch., 53(5): 316-331.
  • Mosner, E., Weber, A., Carambia, M., Nilson, E., Schmitz, U., Zelle, B., Donath, T., Horchler, P., 2015. Climate change and floodplain vegetation—future prospects for riparian habitat availability along the Rhine River. Ecological Engineering, 82: 493-511. DOI:10.1016/j.ecoleng.2015.05.013
  • Nilson, E., Krahe, P., Klein, B., Lingemann, I., Horsten, T., Carambia, M., Larina, M., Maurer, T., 2014. Auswirkungen des Klimawandels auf das Abflussgeschehen und die Binnenschifffahrt in Deutschland. Schlussbericht KLIWAS-Projekt 4.01, Federal Institute of Hydrology (BfG), Koblenz, Germany. DOI:10.5675/Kliwas_43/2014_4.01
  • Nilson, E., Krahe, P., Görgen, K., 2012. Climate Projections for the Greater Alpine Region. An evaluation of selected regional climate simulations with respect to hydrometeorological variations. DOI:10.5675/BfG-1749
  • Nilson, E., Lingemann, I., Klein, B., Krahe, P., 2012. Impact of Hydrological Change on Navigation Conditions, ECCONET - Effects of climate change on the inland waterway transport network – contract number 233886 – FP7.
  • Nilson, E. 2012. Zum Transfer der Unsicherheiten von Abfluss-Projektionen des 21. Jahrhunderts in den politisch-administrativen Raum. In: Weiler, M. (Hrsg.): Wasser ohne Grenzen. Forum für Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, Heft 31. 12, S. 287-292.
  • Moser, H., Cullmann, J., Kofalk, S., Mai, S., Nilson, E., Rösner, S., Becker, P., Gratzki, A., Schreiber, K.-J., 2012. An integrated climate service for the transboundary river basin and coastal management of Germany. In: Organsation, W.M. (Ed.), Climate ExChange, pp. 88-91.
  • Nilson, E., 2017. Service for Water Indicators in Climate Change Adaptation. Showcase Inland Navigation (Rhine River), BfG, SMHI.
  • Schlüsener, M.P., Hardenbicker, P., Nilson, E., Schulz, M., Viergutz, C., Ternes, T.A., 2015. Occurrence of venlafaxine, other antidepressants and selected metabolites in the Rhine catchment in the face of climate change. Environmental Pollution, 196(Supplement C): 247-256. DOI:10.1016/j.envpol.2014.09.019

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Literatur

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  • Barghoorn, W., S., 1864. Beobachtungen zu Nesserland, in: Festschrift der naturforschenden Gesellschaft zu Emden.
  • BMU, 2003. Hydrologischer Atlas von Deutschland. Projektträger: Bundesanstalt für Gewässerkunde, Projektleitung: Institut für Hydrologie der Universität Freiburg und BfG Koblenz, Beiträge: BfG, DWD, BGR, IHF Freiburg, UBA, BKG, StBA Wiesbaden, AmilGeo und LAWA. 100 Tafeln und Karten, Bonn.
  • Brienen, S., Walter, A., Brendel, C., Fleischer, C., Ganske, A., Haller, M., Helms, M., Höpp, S., Jensen, C., Jochumsen, K., Krähenmann, S., Möller, J., Nilson, E., Rauthe, M., Rasquin, C., Razafimaharo, C., Rudolph, E., Schade, N., Stanley, K., Wachler, B., 2019. Klimawandelbedingte Änderungen in Atmosphäre und Hydrosphäre - Schlussbericht des Schwerpunktthemas Szenarienbildung (SP-101) im Themenfeld 1 des BMDV-Expertennetzwerks. DOI:10.5675/ExpNBS2020.2020.02.
  • Cannon, A.J., 2018. Multivariate quantile mapping bias correction: an N-dimensional probability density function transform for climate model simulations of multiple variables. Climate Dynamics, 50(1): 31-49. DOI:10.1007/s00382-017-3580-6.
  • Giszas, H., 1969: Wasserstandsaufzeichnungen von der Elbe aus den Jahren 1811 bis 1813. Hamburger Küstenforschung, H.5.
  • Görgen, K., Beersma, J., Brahmer, G., Buiteveld, H., Carambia, M., de Keizer, O., Krahe, P., Nilson, E., Lammersen, R., Perrin, C., Volken, D., 2010. Assessment of Climate Change Impacts on Discharge in the Rhine River Basin, KHR.
  • Hirschfeld, J., Nilson, E., Keil, F., 2014. Wasserflüsse in Deutschland. Link zur Website.
  • Hübener, H., Bülow, K., Fooken, C., Früh, B., Hoffmann, P., Höpp, S., Keuler, K., Menz, C., Mohr, V., Radtke, K., - Ramthun, H., Spekat, A., Steger, C., Toussaint, F., Warrach-Sagi, K., Woldt, M., 2017. ReKliEs-De, Regionale Klimaprojektionen Ensemble für Deutschland, Ergebnisbericht.
  • IKSR, 2011. Szenarienstudie für das Abflussregime des Rheins. IKSR-Bericht Nr. 188, Internationale Kommission zum Schutze des Rheins.
  • Jacob, D., Petersen, J., Eggert, B., Alias, A., Christensen, O.B., Bouwer, L.M., Braun, A., Colette, A., Déqué, M., Georgievski, G., Georgopoulou, E., Gobiet, A., Menut, L., Nikulin, G., Haensler, A., Hempelmann, N., Jones, C., Keuler, K., Kovats, S., Kröner, N., Kotlarski, S., Kriegsmann, A., Martin, E., van Meijgaard, E., Moseley, C., Pfeifer, S., Preuschmann, S., Radermacher, C., Radtke, K., Rechid, D., Rounsevell, M., Samuelsson, P., Somot, S., Soussana, J.-F., Teichmann, C., Valentini, R., Vautard, R., Weber, B., Yiou, P., 2014. EURO-CORDEX: new high-resolution climate change projections for European impact research. Reg Environ Change, 14(2): 563-578. DOI:10.1007/s10113-013-0499-2
  • LAWA, 2017. Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserwirtschaft. beschlossen auf der LAWA-Sondersitzung am 07. Dezember 2017 in Berlin, Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser.
  • Keller, H. (Ed.), 1901. Weser und Ems, ihre Stromgebiete und ihre wichtigsten Nebenflüsse (Band III), D. Reimer, Berlin.
  • Krahe, P., Nilson , E., 2019. Wasserbilanz von Deutschland. Umweltmagazin, 11/2019: 2.
  • Krüger, 1918. Einleitung zu einer in Aussicht genommenen Zusammenstellung über Verlauf, Höhen und Wirkung von Wellen und Vorkommnisse bei Sturmfluten 1916 und 1917, Anlage 1: Über die Höhenlage des Wilhelmshavener Pegels seit dem Jahre 1854, 11 S., NLA OL Rep 675 BRA-OL Akz. 2010/057 Nr. 10.
  • Lohrberg, W., 1989. Änderungen der mittleren Tidewasserstände an der Nordseeküste. Deutsche Gewässerkundliche Mitteilungen, 5(6).
  • Lüders, K., 1936. Die Sturmfluten der Nordsee in der Jade., Die Bautechnik. 14. Jahrgang Berlin, 20. März 1936 Heft 13.
  • Meehl, G.A., Bony, S., 2011. Introduction to CMIP5. CLIVAR Exchanges, 16(56): 2, Link zum PDF.
  • Nilson, E., 2017. Service for Water Indicators in Climate Change Adaptation. Showcase Inland Navigation (Rhine River), BfG, SMHI.
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  • Nilson, E., Fleischer, C., Becker, A., Fischer, H., 2021. Auswirkungen des Klimawandels auf Niedrigwasser, Wassertemperaturen und Wassergüte. In: Belz et al. (Ed.), Die Niedrigwassersequenz der Jahre 2015 bis 2018 in Deutschland. Analyse, Einordnung und Auswirkungen. . BfG-Mitteilung, Koblenz.
  • Nilson, E., Krahe, P., 2012. Zum Transfer der Unsicherheiten von Abfluss-Projektionen des 21. Jahrhunderts in den politisch-administrativen Raum. Forum für Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, Heft 31: 287-293.
  • Nilson, E., Krahe, P., Klein, B., Lingemann, I., Horsten, T., Carambia, M., Larina, M., Maurer, T., 2014. Auswirkungen des Klimawandels auf das Abflussgeschehen und die Binnenschifffahrt in Deutschland. Schlussbericht KLIWAS-Projekt 4.01, Federal Institute of Hydrology (BfG), Koblenz, Germany. DOI:10.5675/Kliwas_43/2014_4.01.
  • Otte und Brand, 1926. Die Sturmfluten der Nordsee an der Wesermündung. Die Bautechnik, Heft 3, Berlin.
  • Rauthe, M., Steiner, H., Riediger, U., Mazurkiewicz, A., Gratzki, A., 2013. A Central European precipitation climatology - Part I: Generation and validation of a high-resolution gridded daily data set (HYRAS). Meteorologische Zeitschrift, 22(3): 235-256. DOI:10.1127/0941-2948/2013/0436.
  • Rohde, H., 1975: Wasserstandsbeobachtungen im Bereich der deutschen Nordseeküste vor der Mitte des 19. Jahrhunderts. Die Küste, 28, S. 1–96.
  • Rohde, H., 1977. Sturmfluthöhen und säkularer Wasserstandsanstieg an der deutschen Nordseeküste. Die Küste, 30, (30), 52-143.
  • Siefert, W., 1969. Die Sturmflut von1825 in der Elbe. Hamburger Küstenforschung, H.5.
  • Siefert, W., 1970. Die Tideverhältnisse seit 1786 in der Elbe. Deutsche gewässerkundliche Mitteilungen.
  • UBA, 2019. Wasserressourcen und ihre Nutzung. Link zur Website.
  • van Vuuren, D.P., Edmonds, J., Kainuma, M., Riahi, K., Thomson, A., Hibbard, K., Hurtt, G.C., Kram, T., Krey, V., Lamarque, J.-F., Masui, T., Meinshausen, M., Nakicenovic, N., Smith, S.J., Rose, S.K., 2011. The representative concentration pathways: an overview. Clim. Change, 109(1): 5. DOI:10.1007/s10584-011-0148-z.
  • Woltman, R., 1788. Ergebnisse aus zweijährigen Beobachtungen der Ebbe und Fluth zu Cuxhaven, Hannoverisches Magazin, 26.Jg.
  • Woltman, R., 1788ff. Witterung zu Cuxhaven am Ausfluss der Elbe 1788ff, Hannoverisches Magazin, Link zum PDF (Vierteljährig erschienen bis 1799).
  • Woltman, R., 1825. Einige Bemerkungen über die hohe Sturmfluth in der Nacht vom 3. auf den 4. Februar 1825. Hannoverisches Magazin, 88., 89. u. 90., Nachdruck in Die Küste, 46, S. 5-18.
  • Zebisch, M., Grothmann, T., Schröter, D., Hasse, C., Fritsch, U., Cramer, W., 2005. Klimawandel in Deutschland - Vulnerabilität und Anpassungsstrategien klimasensitiver Systeme, Umweltbundesamt.
  • Zier C, Müller C, Komischke H, Steinbauer A, Bäse F. 2020. Das Bayerische Klimaprojektionsensemble - Audit und Ensemblebildung. Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU), Link zum PDF.

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Ereignisberichte


Hier finden Sie eine Auflistung von BfG-Berichten zu hydrologischen Extremereignissen. Kurzdarstellungen von Hochwasser- und Niedrigwasserereignissen sind auch über die Informationsplattform Undine über folgende flussgebietsspezifische Links zugänglich:
Rhein | Ems | Weser | Elbe | Oder | Donau

Deutschlands Wasserbilanz im vergangenen Jahrzehnt

  • Krahe, P. und E. Nilson (2021): Deutschlands Wasserbilanz. Umweltmagazin 07-08, VDI-Fachmedien, S. 32-35

Die Niedrigwassersequenz 2015 bis 2018

  • Bundesanstalt für Gewässerkunde (2021): Die Niedrigwassersequenz der Jahre 2015 bis 2018 in Deutschland ‒ Analyse, Einordnung und Auswirkungen. Mitteilungen Nr. 35, Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz, 412 S. DOI: 10.5675/BfG_Mitteilungen_35.2021. Link zum PDF.

Niedrigwasser 2018

  • Schwandt, D., Helms, M., Hübner, G., Belz, J.U. & W. Wiechmann (2022): Das extreme Niedrigwasser des Jahres 1921 in den großen Flüssen Deutschlands im Vergleich zum Niedrigwasser 2018. Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, Vol. 66, H. 5, S. 225-243. Link zum PDF.

Niedrigwasser 2015

  • Stockel, H., Willems, W., Belz, J. U. & Krahe, P. (2020): Das Niedrigwasserjahr 2015: Ereignisdokumentation und Analyse maßgeblicher Prozesse. Mit erweiterten Betrachtungen im Zusammenhang mit dem Niedrigwasserjahr 2016. BfG-Bericht 2015. Koblenz. Link zum PDF.

Hochwasser 2013

  • Belz, J.U et al. (2013): Länderübergreifende Analyse des Juni-Hochwassers 2013. Auftraggeber: BMVBS, BMU. BfG-Bericht 1797. Koblenz. Link zum PDF.

  • Belz J. U. et al. (2014): Das Hochwasserextrem des Jahres 2013 in Deutschland: Dokumentation und Analyse. Bundesanstalt für Gewässerkunde, Mitteilungen Nr. 31. Koblenz. Link zum PDF.

  • Belz, J.U., Busch, N., Hammer, M., Hatz, M., Krahe, P., Meißner, D., Becker, A., Böhm, U., Gratzki, A. Löpmeier, F.-J., Malitz, G. & Schmidt, T. (2013): Das Juni-Hochwasser des Jahres 2013 an den Bundeswasserstraßen – Ursachen und Verlauf, Einordnung und fachliche Herausforderungen. In: Korrespondenz Wasserwirtschaft 2013 (6), Nr. 11, S. 624-634.

  • Belz, J. U. (2013): Das Juni-Hochwasser 2013 – ein Extremereignis, nicht nur für die deutsche Binnenschifffahrt. In: Zeitschrift für Binnenschifffahrt Nr. 9/2013, S. 62-64.

  • Belz, J.U. et al. (2013): Das Juni-Hochwasser des Jahres 2013 in Deutschland. BfG-Bericht 1793. Koblenz.

Niedrigwasser 2011

  • Kohn, I., Freudiger, D., Rosin, K., Stahl, K., Weiler, M. & Belz J. U. (2014): Das hydrologische Extremjahr 2011: Dokumentation, Einordnung, Ursachen und Zusammenhänge. In: Bundesanstalt für Gewässerkunde, Mitteilungen Nr. 29. Koblenz. Link zum PDF.

Niedrigwasser 2006

  • Belz, J. U., Bissolli, P., Klämt, A., Rademacher, S., Richter, K., Rudolf, B. & Theis, H.-J. (2008): Die Niedrigwassersituation des Jahres 2006 in den deutschen Stromgebieten. In: Deutscher Wetterdienst: Klimastatusbericht 2007 – Aktuelle Ergebnisse des Klimamonitorings. S. 95-101. Offenbach.

Hochwasser 2006

  • Belz, J. U., Burek, P., Matthäus, H., Rudolf, B., Vollmer, S. & Wiechmann, W. (2006): Das Hochwasser der Elbe im Frühjahr 2006. BfG-Bericht 1514, Koblenz.

Niedrigwasser 2003

  • Koehler, G., Schwab, W., Finke, W. und Belz, J. U.: Überblick zur Niedrigwasserperiode 2003 in Deutschland: Ursachen – Wirkungen – Folgen. Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 51, H.3, Koblenz, Deutschland, 2007

  • Belz, J. U., Engel, H. & P. Krahe (2004): Das Niedrigwasser 2003 in Deutschlands Stromgebieten. – In: Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 48, H. 4, S. 162-169

  • Belz, J. U., Bergfeld, T., Engel, H., Heininger, P., Keller, M., Kolb, S., Koop, J., Krahe, P., Meyer, F., Müller, D., Rademacher, S., Schöl, A., Wahl, D. & M. Wetzel (2004): Das Niedrigwasser-Jahr 2003. – In: Jahresbericht 2003 der BfG. Koblenz.

Hochwasser 2002

  • Engel, H. (2004): The flood event 2002 in the Elbe river basin, causes of the flood, its course, statistical assessment and flood damages. In: La Houille Blanche; volume 90, issue 6, page 33-36.

  • Engel, H. (2002): Das Augusthochwasser 2002 im Elbegebiet. Forum für Hydrologie und Wasserbewirtschaftung. Koblenz.

Hochwasser vor 1999

  • Engel, H. (1999): Die großen Hochwasser in Deutschland seit 1993 - eine vergleichende Bewertung. In: Informationsberichte / Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft. S. 65-72

  • Engel, H. (1999): Die großen Hochwasser in Deutschland seit 1993 - eine vergleichende Bewertung. In: Informationsberichte / Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft. S. 65-72

  • Oppermann, R., Lauschke, C., Richter, K., Adler, M., Mürlebach, M., Siedschlag, S., Schmidt, A. & Heininger, P. (1997): Das Oderhochwasser 1997. Bericht für die Arbeitsgruppe „Aktionsplan Oder“ der IKSO. Berlin, BfG-Bericht 1084

  • Engel, H. (1995): Das Januarhochwasser 1995. Koblenz, o. Berichtsnr.

Hochwasser vor 1989

  • Engel, H. (1983): Hochwasser 1983 im Rheingebiet bis Andernach. Koblenz. BfG-Bericht 0255

FAQ

Vorhersage und Binnengewässer

Die extremen Witterungsereignisse der vergangenen Jahre zeigen: Viele Politikfelder und Wirtschaftssektoren sind durch die Folgen des Klimawandels direkt betroffen. Dürren, Starkregen- und Hochwasserereignisse, Sturzfluten, Hitzewellen, Stürme und allmähliche Verschiebungen in langjährigen Mittelwerten (Meeresspiegel, Wasserdargebot, Globalstrahlung, Wind, Temperatur-, Niederschlags- und Abflussregime) setzen Wirkungsketten in Gang, an deren Ende ökologische und ökonomische Funktionen beeinträchtigt und Aspekte der Daseinsvorsorge sowie der Sicherheit berührt sind.
Eine vorausschauende Planung und ein auf Resilienz ausgerichtetes Handeln müssen den Aspekt Klimawandel berücksichtigen. Das BMV hat daher einen Informationsdienst für die wichtigen Aspekte “Klima und Wasser” fachlich eingerichtet und hat Schritte zu dessen Etablierung im Kontext der Deutschen Anpassungsstrategie (DAS) eingeleitet.
Der Aspekt „Anpassung an den Klimawandel“ ist in den vergangenen Jahren ein zwingender Baustein politischer und unternehmerischer Entscheidungen sowie von vielen Planungsprozessen geworden. Durch Daten- und Beratungsdienste werden notwendige objektive und möglichst belastbare Basisdaten zur Verfügung gestellt, um eine Anpassung an den Klimawandel entwickeln und umsetzen zu können.

Aussagen zum zukünftigen Klimawandel und seinen Folgen sind keine “Vorhersagen”. Sie stützen sich auf Szenarienannahmen und Modellrechnungen, repräsentieren also mögliche Zukunftsbilder, sogenannte “Projektionen”.
Die aktuellen Projektionen erfassen den Zeitraum bis zum Ende des 21. Jahrhunderts und folgen denkbaren Entwicklungspfaden der Zusammensetzung der Erdatmosphäre. “Niedrige” Entwicklungspfade gehen von einem Erfolg der Emissionsminderungspolitik aus und unterstellen entsprechend geringe Treibhausgaskonzentrationen. “Hohe” Entwicklungspfade unterstellen einen geringen Erfolg der Klimaschutzbemühungen, was entsprechend hohe Treibhausgaskonzentrationen zur Folge hätten. Derzeit folgt die Weltgemeinschaft eher den “hohen” Entwicklungspfaden.
Aufgrund des langen Zeitraums, der hohen Komplexität des Klimasystems sowie der notwendigen Szenarien- und Modellannahmen haben alle Aussagen zu den Folgen des Klimawandels ein gewisses Maß an Ungewissheit (Szenarienannahmen) und Unsicherheit (Modellannahmen). Um den Kenntnisstand möglichst umfassend beschreiben zu können, verwendet die BfG ein “Ensemble” aller verfügbaren Szenarien und Klimamodelle. Mit diesem Ensemble werden die Folgen für deutsche Gewässer mit Wasserhaushalts- und Wassergütemodellen bis zum Jahr 2100 simuliert. Für die Vergangenheit werden neben simulierten auch Beobachtungsdaten ausgewertet.

Die BfG erstellt neben langfristigen Zukunftsprojektionen auch Vorhersagen und Abschätzungen der Abflüsse und Wasserstände für kürzere Vorhersagezeiträume. Kurz- und mittelfristige Vorhersagen für bis zu 6 Wochen werden operationell über den Elektronischen Wasserstraßen-Informationsservice der WSV (ELWIS) bereitgestellt (14-Tagesvorhersage (externer Link), 6-Wochenvorhersage (externer Link)). Die 6-Wochenvorhersage wird zusätzlich auch als interaktive Webanwendung (externer Link) angeboten.
Sollten Sie Interesse haben, längerfristige Vorhersageprodukte in Ihren Arbeitsabläufen zu erproben, wenden Sie sich an vorhersage@bafg.de. Weiterreichende Vorhersagen (z.B. Jahreszeiten) sind Gegenstand von Forschungsprojekten, auch hierüber erhalten sie unter vorhersage@bafg.de Auskunft.
Alle Vorhersageleistungen der BfG fokussieren auf den Mittel- und Niedrigwasserbereich. Im Hochwasserfall erfolgt die Bereitstellung der Vorhersagen durch die zuständigen Bundesländer (externer Link). Alle Vorhersagen sind mit Unsicherheiten behaftet. Diese nehmen mit wachsendem Vorhersagezeitraum zu. Um diese Unsicherheiten sichtbar zu machen und eine Risikobewertung aufseiten des Nutzers zu ermöglichen, setzt die BfG auf so genannte probabilistische Vorhersagen.

Abflussanteile aus Gletschern sind im Rhein und in der Donau zu verzeichnen. Die Einzugsgebiete dieser Flüsse reichen im Unterschied zu denen von Elbe, Weser, Ems und Oder bis in die hohen, teilweise vergletscherten Lagen der Alpen. Die nachfolgenden Überlegungen beziehen sich auf den Rhein:
An den Rheinpegeln liegt der Abflussanteil aus Gletschern im Normalfall, d.h. im langjährigen Mittel, im niedrigen einstelligen Prozentbereich, spielt also kaum eine Rolle. Im Längsschnitt des Rheins nimmt der Anteil von rund 3 % am Pegel Basel (Schweiz) auf unter 1 % am Pegel Lobith (Niederlande) ab, da die Fläche der nicht-vergletscherten Gebiete in dieser Richtung zunimmt. Anders sieht dies in extremen Niedrigwassersituationen aus, die sich infolge langanhaltender Niederschlagsarmut und hoher Temperaturen meist im Spätsommer und Herbst ergeben können. Anhand von Modellstudien wurde abgeschätzt, dass der Anteil von Gletscherwasser im Rhein in solchen Situationen auch am Niederrhein zwischen 15 und 20 % betragen kann.
Mit dem Klimawandel und steigenden Temperaturen geht ein Abschmelzen der Gletscher einher. Dies ist für die Vergangenheit anhand von Beobachtungen eindeutig nachweisbar und wird für die Zukunft durch zahlreiche Modellstudien gestützt. Als Konsequenz einer fortschreitenden Erwärmung wird die Gletscherschmelze die Niedrigwasserabflüsse im Rheingebiet in den kommenden Jahrzehnten zunächst noch stützen. Dies endet mit dem Zeitpunkt, an dem die Gletscher verschwunden sind.
Je nach Temperaturanstiegsszenario liegt dieser Zeitpunkt etwas früher oder später. Nach allen gängigen Szenarien muss jedoch in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhundert damit gerechnet werden. Somit würde der Rhein in extremen Niedrigwassersituationen einen zweistelligen Prozentbetrag des Abflusses weniger führen als gegenwärtig.
Wie sich der Klimawandel auf das Abflussregime des Rheins insgesamt auswirken könnte, hängt jedoch auch von den Abflussanteilen aus Schnee und Regen ab.

Querverweise:
ASG Rhein (externer Link)
Projektsynthese ASG Rhein (pdf)

Küstenthemen

Der globale mittlere Meeresspiegel ändert sich mit Änderungen des Klimas. Durch die Erwärmung der Ozeane dehnt sich das Wasser aus, durch das Abschmelzen von Gletschern kommt zusätzlich Wasser hinzu. Beides führt zu einem Anstieg des Meeresspiegels durch den Klimawandel an den Küsten weltweit. Da die Nord- und Ostsee im Austausch mit dem Nordatlantik stehen, gilt dieses auch an den deutschen Küsten. Für die Nordseeküste kommt hinzu, dass das Land sinkt.

Der Anstieg des Meeresspiegels ist durch Pegelmessungen gut dokumentiert, auch die Größenordnung lässt sich bestimmen. Global ist der Meeresspiegel in den letzten 100 Jahren um etwa 15 cm angestiegen, seit Mitte der 1990er Jahre beobachten Pegel und Satelliten sogar einen doppelt so schnellen Anstieg.

In der deutschen Bucht ist der Anstieg des Meeresspiegels durch Pegelmessungen gut nachweisbar. In den letzten 100 Jahren (1921 bis 2020) ist der Meeresspiegel um 15 cm bis 20 cm angestiegen. Weil das Land sinkt, liegen die Werte etwas über dem globalen Mittel. Gegenüber der Veränderung des Meeresspiegels im 19. Jahrhundert hat der Anstieg in den letzten 100 Jahren zugenommen.

In der Deutschen Anpassungsstrategie gibt es verschiedene Grundelemente. Ein Element ist die Dokumentation des bereits eingetretenen Klimawandels. Für den Meeresspiegel und die Sturmfluten an den deutschen Küsten ist die Dokumentation gut möglich da seit mehr als 200 Jahren die Wasserstände beobachtet werden. Diese Daten müssen teilweise digitalisiert, aufbereitet und qualitätsgesichert werden um sie bereitstellen zu können.

Im Rahmen des DAS-Basisdienstes übernehmen die Partnerbörden die Modellierung von zukünftigen Wasserständen an den deutschen Küsten (link Hauptseite) Link zum Portal des DAS-Basisdienstes (externer Link).

Die Tidewasserstände an der deutschen Küste verändern sich ständig, aus ganz natürlichen Gründen. Jeden Tag kommt zweimal Ebbe und Flut, welche den Wasserstand im Tagesverlauf verändern. Auch im Laufe eines Jahres ändert sich die Höhe der Wasserstände an der Küste. Jedes Jahr hat wiederum einen anderen Wasserstand als das Vorhergehende, mal ist er höher, mal ist er niedriger. Der längste bedeutende Zyklus der Wasserstände an der deutschen Küste, den die Wissenschaft heute beschreiben kann, ist der Nodaltidezyklus.

Die Nodaltide ist eine astronomische Gezeit, die eine Periode von 18,613 Jahre, als knapp 19 Jahre aufweist. Bei klimatologischen Betrachtungen von Tidewasserständen ist die Nodaltide die dominierende Periodizität. Dieses trifft insbesondere auf den Tidehub zu, aber auch auf das Tideniedrigwasser und auch auf das Tidemittelwasser. Diese Auswirkungen wurden zuerst durch Lentz (1873) vor fast 150 Jahren beschrieben. Da auch der rechnerische Trend beeinflusst wird, gilt es seit dieser Zeit als „Best Practice“ für klimatologische Betrachtungen neunzehnjährliche Mittel der Tidewasserstände zu verwenden. Die 19 Jahre entsprechen also der Klimanormalperiode die aus anderen Gebieten bekannt ist. Auch das IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) verwendet für die Beschreibung des zukünftigen Meeresspiegel 19jährliche Zeitscheiben.

Historische Pegeldaten sind unsicher. Denn die Pegel wurden meist nicht dazu eingerichtet den Klimawandel zu beobachten, sondern die Pegel dienten navigatorischen, wasserbaulichen, sielrechtlichen und -technischen Gründen. Hinzu kommt, dass einzelne Pegel immer wieder aufgegeben und durch andere Pegel in der Nähe ersetzt wurden. Oft konnten Ablesungen nur am Tage durchgeführt werden. Auch hat sich im Pegelumfeld oft viel verändert, Hafenbecken oder Deiche wurden gebaut, Fahrinnen vertieft.

Deshalb ist es notwendig einen Vertrauensbereich einzuführen, der angibt wie Vertrauenswürdig die Wasserstandzeitreihe ist. Ein Vertrauensbereich kann z.B. als Standardabweichung aus Differenzen von Messwerten zu einem „wahrem“ Wert berechnet werden. Leider kennen wir den wahren Wert der Wasserstände nicht. Stattdessen wird eine statische Rekonstruktion der Pegelmesswerte als wahrer Wert angewendet. Dazu werden Nachbarpegel benötigt. Mittels z.B. einer Hauptkomponentenanalyse, werden durch die Nachbarpegel Zeitreihen für den zu dokumentierenden Pegel berechnet (rekonstruiert).

Nun lässt sich gleitend zunächst eine systematische Abweichung zwischen beobachteten und rekonstruierten Pegel berechnen. Diese wäre z.B. bei Unsicherheiten im Pegelnullpunkt groß. Als nächstes lässt sich aus den restlichen Differenzen wiederum gleitend eine Standardabweichung schätzen. Da die Rekonstruktion wie schon betont kein „wahrer“ Wert ist, sondern eher wie eine zweite Beobachtung einzuschätzen ist, werden die Formulierungen der Standardabweichung aus Doppelbeobachtungen verwendet. Da sich die Unsicherheiten mit der Zeit ändern, werden die Berechnungen gleitend durchgeführt. Für das Zeitfenster der Schätzung wurde die Länge der späteren Mittelbildung von 19. Jahren gewählt.