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Klimagliederung SachsensDie Kenntnis des Klimas von Waldstand-orten ist insbesondere im Hinblick auf den globalen Klimawandel unverzichtbare Vo-raussetzung für eine nachhaltige risikomi-nimierte Bewirtschaftung der sächsischen Wälder und integrierende regionale Land-nutzungskonzepte .
Die Klassifikation der forstlichen Klima-gliederung ist zweistufig: Auf mikro- bis mesochorischer Ebene wurden 190 Makroklimaformen abgegrenzt . Diese werden zu 12 Klimastufen auf makro-chorischer bis regionischer Ebene zusam-mengefasst (vgl . Abb . 1) . Die Abgrenzung
der Makroklimaformen erfolgte während der standortskundlichen Bearbeitung der jeweiligen Gebiete seit den 1960er- bis 1980er-Jahren anhand von Klimakarten, abgeleitet aus dem Klima-Atlas der DDR (Datengrundlage überwiegend Zeitraum 1901 bis 1950), unter Einbeziehung von Befunden zu charakteristischen Vegetati-onseinheiten . Außerdem wurden bei den Feldarbeiten geländeklimatische Einfluss-faktoren und phänologische Unterschiede berücksichtigt sowie Erfahrungen und Beobachtungen von ortsansässigen Per-sonen zum jahreszeitlichen Witterungsge-schehen einbezogen .
Bei allen strategischen waldbaulichen Entscheidungen (wie Baumartenwahl, Bestandespflege, Verjüngungsverfah-ren) und ökologischen Beurteilungen ist die Beachtung der jeweiligen Klimastu-fe grundlegend . Sowohl die Makroklima-formen als auch die Klimastufen werden bislang durch klimatische Rahmenwerte, die auf Werten der Messreihe 1901 bis 1950 basieren, charakterisiert [4] .
analyseverfahrenUm die klimatischen Veränderungen in den sächsischen Gebieten [1, 2, 5] sichtbar zu machen, bietet sich ein Vergleich der Rahmenwerte für Temperatur und Nieder-schlag mit aktuellen Klimawerten an . Als Datenbasis mit ausreichender räumlicher Abdeckung stehen die für Deutschland flächendeckend vorliegenden Klimaras-terdaten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zur Verfügung. Diese beinhalten langjährige Jahresmittelwerte bzw . Jahres-summen der Klimanormalperiode 1971 bis 2000 . Ausgangsbasis dieser Klimawerte sind Messreihen von Stationen klimatolo-gischer Messnetze, die zur Erhöhung der räumlichen Datendichte über geeignete statistische Verfahren auf das Gelände projiziert wurden [3], sodass in einem re-gelmäßigen horizontalen Raster von 1 km Informationen zur Verfügung stehen.
Zur Ableitung aktueller Rahmenwerte für die forstlichen Klimastufen und Makro-klimaformen erfolgte eine extremwert-statistische Analyse der Temperatur- und
Wald und Klima
Forstliche Klimagliederung Sachsens im KlimawandelVon Janet Häntzschel, Johannes Franke, Rainer Gemballa und christian Bernhofer
Die Forstliche Klimagliederung Sachsens stellt eine wesentliche Grund-lage für waldbauliche Entscheidungen und Maßnahmen dar [4]. Die Festlegung der Grenzen basiert auf standortskundlichen Bearbeitungen ab den 1960er- bis einschließlich 1980er-Jahren. In Zusammenarbeit zwi-schen dem sächsischen landesforstpräsidium in Graupa und dem lehr-stuhl Meteorologie der tU Dresden wurde der Frage nachgegangen, ob in anbetracht des bereits spürbaren Klimawandels die statischen Grenzen und Rahmenwerte der forstlichen Klimastufen und Makroklimaformen den veränderten klimatischen Bedingungen noch gerecht werden. Eine Gegenüberstellung der Rahmenwerte für temperatur und Niederschlag mit aktuellen Vergleichswerten zeigt, dass allein aus meteorologischer Sicht eine aktualisierung der forstlichen Klimagliederung nötig ist.
Dr. J. Häntzschel ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Bodenkunde und Standortslehre, Professur Standortslehre und Pflanzenernährung, TU Dres-den, Tharandt. Prof. Dr. C. Bernhofer ist Leiter des Instituts für Hydrologie und Meteorologie, Professur Meteorologie, TU Dresden, Tharandt. Dipl.-Geograf J. Franke ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im glei-chen Institut. Dipl.-Ing. R. Gemballa ist Referent für Standortserkundung bei der Geschäftsleitung Graupa des Staatsbetriebs Sachsenforst.
Abb. 1: Forstliche Klimagliederung Sachsens
KF = Kammlagen mit feuchtem KlimaHf = Höhere Berglagen mit feuchtem KlimaMf = Mittlere Berglagen mit feuchtem KlimaMm = Mittlere Berglagen mit mäßig feuchtem KlimaUff = Untere Berglagen und Hügelland mit sehr feuchtem Klima Uf = Untere Berglagen und Hügelland mit feuchtem KlimaUk = Untere Berglagen und Hügelland mit mäßig feuchtem, kühlem KlimaUm = Untere Berglagen und Hügelland mit mäßig trockenem KlimaUt = Untere Berglagen und Hügelland mit trockenem KlimaUtt = Untere Berglagen und Hügelland mit sehr trockenem KlimaTm = Tiefland mit mäßig trockenem KlimaTt = Tiefland mit trockenem Klima Abgrenzung forstlicher Makroklimaformen
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Niederschlagswerte der Klimarasterdaten in den bestehenden Grenzen der forstli-chen Klimagliederung . In einem GIS-ge-stützten Verfahren wurden dazu die Gren-zen der forstlichen Klimastufen sowie die Klimarasterdaten übereinander gelegt, sodass die Klimawerte für die einzelnen Grenzpolygone extrahiert werden konnten . Anschließend erfolgte für jede der Makro-klimaformen und Klimastufen unter an-derem die Ableitung von Perzentilwerten . Perzentile beschreiben die Verteilung der Klimawerte bzw . teilen diese in Gruppen . Ein 10%-Perzentil z .B . ist der Wert, unter-halb dem genau 10% aller gültigen Werte liegen . Die restlichen 90% der Werte sind demzufolge größer als das 10%-Perzentil .
Nutzt man diese Schwelle, um Extrem-werte im unteren und oberen Bereich der Werteverteilung auszuschließen, können das 10 %- sowie das 90 %-Perzentil als eine Art untere und obere Grenze für den Wertebereich der Klimaelemente für die jeweiligen Klimastufen und Makroklima-formen betrachtet werden .
Diese aktualisierten Grenzwerte kön-nen nun den bestehenden Rahmenwerten der forstlichen Klimastufen und Makrokli-maformen gegenübergestellt werden .
Klimatische Veränderungen• temperatur: In Abb . 2 wird eine An-hebung des gesamten Temperaturspekt-rums, die den allgemeinen Trend eines Temperaturanstieges widerspiegelt, deut-lich sichtbar . So verschiebt sich das Ni-veau der unteren Grenze in allen Gebie-ten um mindestens 0,5 K nach oben und übersteigt großräumig die 1 K-Grenze . Die Verlagerung der oberen Temperatur-grenze in höhere Bereiche beträgt im Mit-tel knapp 0,5 K, unterscheidet sich aber deutlich in den einzelnen Klimastufen . Interessant ist der überdurchschnittliche Anstieg der Temperaturobergrenze in den Unteren sehr feuchten Berglagen (Uff) .• Niederschlag: Die Veränderungen füh-ren zu einer Verringerung der Nieder-schlagsbandbreite (Abb . 3) . Für die meisten Gebiete kommt es zu einer geringfügigen Anhebung der unteren Niederschlagsgren-
ze. Das bedeutet, dass sich der zur Ver-fügung stehende Mindestniederschlag in diesen Gebieten gegenüber der Periode 1901 bis 1950 leicht erhöht hat . Eine Ausnahme bilden auch hier die Unteren sehr feuchten Lagen (Uff) sowie auch die Feuchten Kammlagen (Kf) . Für die Gebiete der Kf-Stufe, deren tatsächliche Nieder-
schlagsmengen aufgrund der exponierten Lage deutlich über denen der anderen Gebiete liegen, ist allerdings eine mögliche Beeinflussung der Werte aufgrund des glättenden Effektes der interpolierten Aus-gangsdaten nicht auszuschließen .
Dem entgegen steht in fast allen Ge-bieten ein deutlicher Rückgang der obe-
Abb. 2: Jahresmitteltemperatur, Differenzen in den Ober- und Untergrenzen der Rahmenwerte für 1971 bis 2000 bzgl. der Periode 1901 bis 1950 für die forstlichen Klimastufen Sachsens
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Tt Tm Ut Utt Um Uk Uf Uff Mm Mf Hf Kf
Tem
pera
turd
iffer
enz
[K]
Untergrenze Obegrenze
Abb. 3: Jahresniederschlag, Differenzen in den Ober- und Untergrenzen der Rahmenwerte für 1971 bis 2000 bzgl. der Periode 1901 bis 1950 für die forstlichen Klimastufen Sachsens
-125
-100
-75
-50
-25
0
25
50
Tt Tm Ut Utt Um Uk Uf Uff Mm Mf Hf Kf
Nie
ders
chla
gsdi
ffere
nz[m
m]
UntergrenzeObergrenze
4
5
6
7
8
9
10
400 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200Jahresniederschlag [mm]
Jahr
esm
ittel
tem
pera
tur [
°c]
Abb. 4: Überdeckung der herkömmlichen
Rahmenwerte (blaue Rechtecke) der forst-
lichen Klimagliederung in Sachsen durch
Wertepaare für Tempe-ratur und Niederschlag (Rasterdaten 1971 bis
2000) sowie Kernwerte (rote Rechtecke) für die
räumliche Zuordnung (vgl. Abb. 5)
Abb. 5: Räumliche Zuordnung der Werte der aktuellen Temperatur- und Niederschlagsverteilung (Rasterdaten 1971 bis 2000) nach den Kernwerten der forstlichen Klimastufen (vgl. Abb. 4, Legende siehe Abb. 1)
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ren Niederschlagsgrenze . Der stärkste Rückgang der Niederschlagswerte er-streckt sich von den Unteren Lagen bis ins Tiefland, während die Änderung von den Mittleren Lagen bis hin zu den Kamm-lagen nur gering ist .
DiskussionPrinzipiell bestätigen die Ergebnisse1) die allgemeinen Trends zum Klima in Sach-sen [2] . So unterstreichen die Tempera-turdifferenzen der Klimastufen und Makro-klimaformen sowohl qualitativ als auch quantitativ den allgemeinen Trend einer flächendeckenden Temperaturerhöhung von mindestens 0,5 K im Mittel zwischen beiden Untersuchungsperioden . Es zeich-net sich ab, dass die relativ eng gefassten Temperaturrahmenwerte der forstlichen Klimastufen der allgemeinen Temperatur-entwicklung in dieser Form nicht mehr gerecht werden .
Auch im Niederschlagsregime zeich-nen sich Veränderungen ab. Allerdings zeigt die Variation der Werte in der lang-jährigen Niederschlagssumme, abgese-hen von signifikanten Veränderungen im nördlichen Teil, eine eher moderate Ent-wicklung . Hier ist aber zu berücksichtigen, dass die unterschiedlichen Entwicklungen im Sommer- und Winterhalbjahr nicht wie-dergegeben werden . Einer Zunahme der Niederschlagsmenge im Winter stehen oft Abnahmen im Sommer gegenüber, die sich im Jahreswert kompensieren . Im Allgemeinen verweisen aber die ne-gativen Differenzen in den Obergrenzen der Rahmenwerte für den Niederschlag, insbesondere in den Klimastufen im Tief-land und in den Unteren Lagen, auf die allgemeine Abnahme der Sommernieder-schläge im nördlichen Bereich Sachsens [5] . Rein zahlenmäßig betrachtet wird die Absenkung des Niveaus im oberen Niederschlagsbereich der Klimastufen im nördlichen Teil Sachsens keine signifi-kanten Auswirkungen auf die räumliche
Abgrenzung der Klimastufen haben . In ökologischer Hinsicht wird aber auch an dieser Stelle über eine Anpassung, insbe-sondere in den nördlichen Landesteilen, nachgedacht werden müssen .
charakterisierung der forstlichen KlimaarealeIm Ergebnis wird deutlich, dass eine Über-arbeitung der gegenwärtig verwendeten forstlichen Klimagliederung unter den ge-gebenen und sich weiter verändernden klimatischen Bedingungen dringend not-wendig ist . Beispielsweise erweist sich die Abgrenzung eines Bereiches „Untere sehr feuchte Berglagen (Uff)“ nach den definierten Klimarahmenwerten in Anbe-tracht der starken Temperaturzu- bzw . Niederschlagsabnahme in diesem Gebiet als nicht mehr plausibel .
Die Tragweite dieser Problematik lässt sich sehr gut anhand der Überdeckungs-bereiche der bislang verwendeten Rah-menwerte sowie der Wertepaare für Tem-peratur und Niederschlag, abgeleitet aus den Rasterdaten (1971 bis 2000), dar-stellen (Abb . 4) . Deutlich zu erkennen ist eine durchgängige Verlagerung der Wer-tepaare (Punktwolke) innerhalb bzw . aus den Bereichen der Rahmengrenzen (blaue Rechtecke) . Auch die räumlich abhängige Zuordnung der Werte der aktuellen Tem-peratur- und Niederschlagsverteilung zu den Arealen der forstlichen Klimastufen un-terstreicht diesen Fakt . Bei der Gliederung nach enger gefassten Kernwerten (rote Rechtecke, Abb . 4), welche im Gegensatz zu den sich überschneidenden Grenzen der Rahmenwerte eine eindeutige Zuord-nung ermöglichen, fügen sich nur noch knapp 40 % der Gebiete in die klimatischen Grenzen der forstlichen Klimastufen ein (vgl . Abb . 5) . Einzelne Klimastufen wie z .B . Uff oder Tt sind in ihrem bestehenden Rahmen nicht mehr abgrenzbar .
FolgerungenDie Charakterisierung der forstlichen Kli-maareale Sachsens auf der Basis aktueller Klimadaten verdeutlicht die Notwendig-keit einer grundlegenden Überarbeitung der forstlichen Klimagliederung unter den veränderten klimatischen Verhältnissen unserer Region . Die Beschreibung der Temperatur- und Feuchteverhältnisse von Waldstandorten innerhalb der bestehen-den Grenzen der forstlichen Klimastufen und Makroklimaformen wird den heutigen Verhältnissen in einem Großteil der Ge-biete nicht mehr gerecht .
Im Hinblick auf die Überarbeitung der forstlichen Klimagliederung Sachsens sind Elemente wie die Vegetationszeitlänge sowie die Niederschlags- und Verduns-tungsverhältnisse während der realen Ve-getationszeit stärker bei der Abgrenzung
und Charakterisierung der Areale zu be-rücksichtigen . Die Ableitung von Rah-menwerten für diese Klimaareale muss sich weiterhin an den ökologischen und physiologischen Ansprüchen von Leit-waldgesellschaften und Hauptwirtschafts-baumarten unter Berücksichtigung des aktuellen Wissensstandes orientieren . So ermöglicht die integrierte Nutzung der vorliegenden langjährigen Klimadaten und modernen GIS-Verfahren eine objektive Ausweisung von Klimaarealen anhand definierter Abgrenzungsregeln und bietet damit die Möglichkeit, dynamische Anpas-sungsalgorithmen für die Ausscheidung und Charakterisierung von Klimaarealen unter sich weiter wandelnden Klimaver-hältnissen zu entwickeln . In Kopplung mit qualifizierten Informationen zum Bo-denwasserhaushalt auf topischer Ebene (z .B . durch den Einsatz prozessorientierter Wasserhaushaltsmodelle) können so Stra-tegien für eine standortsgerechte und nachhaltige Bewirtschaftung der Wälder unter sich wandelnden Klimabedingungen erarbeitet und umgesetzt werden .
Auch vor dem Hintergrund aktueller Fragestellungen zur Hochwassergenese ist eine räumlich-differenzierte Kenntnis des Wasserhaushaltes eine unabdingbare Voraussetzung.2)
literaturhinweise:[1] BERNHOFER, C.; GOLDBERG, V.; FRANKE, J . (2002): CLISAX II - Assimilation von standardisierten und abgeleiteten Klimadaten für die Region Sachsen und Ausbau der Säch-sischen Klimadatenbank . Abschlussbericht des Sächsischen Landesamts für Umwelt und Geologie, AZ 13-8802 .3521/50 . [2] FRANKE, J.; GOLDBERG, V.; EICHELMANN, U.; FREYDANK, E .; BERNHOFER, C . (2004): Statistical analy-sis of regional climate trends in Saxony, Germany . Climate Research Vol. 27 Nr. 2. [3] MÜLLER-WESTERMEIER, G .; 1995: Numerische Verfahren zur Erstellung klimatologischer Karten, Berichte des DWD 193, Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes, Offenbach . [4] Sächsische Landesanstalt für Forsten (LAF) (1996): Forstliche Wuchsgebiete und Wuchsbe-zirke im Freistaat Sachsen nach W . Schwanecke und D . Kopp, Schriftenreihe der Sächsischen Landesanstalt für Forsten 8 . [5] Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie (LfUG) (2005): Klimawandel in Sachsen, Sachstand und Ausblick, Saxoprint Dresden .
1) In der Diskussion der Ergebnisse gilt es, folgende Aspekte im Hinblick auf die Ausgangsdatenlage zu berücksichtigen:1. Die Ergebnisse der Gegenüberstellung der Kli-marahmenwerte der Vergleichszeiträume 1901 bis 1950 und 1971 bis 2000 basieren auf einer unter-schiedlichen Datengrundlage bzw. auf nicht einheit-lichen Analyseverfahren. Eine wirkliche quantitative Bewertung der Ergebnisse ist somit außerordentlich schwierig und statistisch nicht gesichert.2. Die Erzeugung der Klimarasterdaten, welche als Datengrundlage der statistischen Analyse für den Zeitraum 1971 bis 2000 zu Verfügung standen, beruht auf dem Interpolationsverfahren nach müller-Wes-termeIer [3]. Interpolationsverfahren führen im Allge-meinen zu einer Verschlankung von Wertebereichen, die in Gebieten mit einem „extremen“ Temperatur- und Niederschlagsregime die klimatologischen Verhält-nisse nur gedämpft wiedergeben. So ist zum Beispiel nicht auszuschließen, dass der überdurchschnittliche Niederschlagsrückgang sowie die überragende Tem-peraturzunahme in den Unteren sehr feuchten Berg-lagen (Uff) prinzipiell vorhanden ist, jedoch durch die Interpolationseffekte zusätzlich verstärkt wird.
2) Unter dieser Zielstellung wurde in Zusammenarbeit der Professuren Standortslehre/Pflanzenernährung und Meteorologie der TU Dresden sowie dem Staats-betrieb Sachsenforst, Referat Standortserkundung/Bo-denmonitoring, ein Gemeinschaftsprojekt zum Aufbau eines modellgestützten Verfahrens zur Klassifikation des Wasserhaushalts von Waldstandorten ins Leben gerufen. Neben der Ermittlung statischer Größen (z.B. nutzbare Feldkapazität) wird die Berechnung und Klassifikation eines „dynamischen“ Standorts-wasserhaushalts sowie die Beschreibung witterungs- bzw. bodenbedingter Extrema des Wasserhaushaltes angestrebt (z.B. Dauer und Zeitpunkt von Trocken-perioden und Vernässung). Auf der Grundlage von Freilandmessungen der modelltreibenden Variablen Klima, der Modellparameter für Vegetation und Bo-den sowie der Bodenwasserdynamik erfolgt eine integrierende modellgestützte Auswertung mithilfe des forsthydrologischen Modells BROOK90. Die punktu-ell erhobenen Messwerte werden mittels geeigneter Ansätze und unter Heranziehung zusätzlicher, digital verfügbarer Daten (Höhenmodell, Forstliche Stand-ortskarte und Forstgrundkarte) am Beispiel des Mo-dellgebietes Tharandter Wald flächig für die Modellan-wendung innerhalb eines GIS zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse des Projektes können so Grundlage eines neuen, überregional einheitlichen modellge-stützten Verfahrens der Standortsklassifizierung des Wasserhaushaltes sein. Das Projekt wird durch die DFG gefördert (FE 504/2).
Wald und Klima