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Klimakalender für Feldfrüchte

Prototyp: Winterraps


Hintergrund: Jede Feldfrucht durchläuft in ihrer Entwicklung verschiedene Stadien zu bestimmten Zeiten des Jahres. In den verschiedenen Stadien ist sie auf passende Witterungsbedingungen angewiesen, die sich im Lauf des Jahres ändern. In unserem Jahreskalender lassen sich für sechs kritische Phasen im Anbau von Winterraps verschiedene Klimagrößen auswählen (weitere Feldfrüchte wie z.B. Mais und Winterweizen sind geplant). Für sogenannte Boden-Klima-Räume und verschiedene Zukunftsprojektionen aus einem Ensemble an Klimamodellen lassen sich so die auf uns zukommenden Veränderungen und die damit verbundenen Unsicherheiten erfassen.


Eingabe: Pflanzenstadium, Region und Zukunftsperiode

Wählen Sie per Klick im Kalender ein charakteristisches Entwicklungsstadium von Winterraps aus. Wählen Sie auf der Karte einen Boden-Klima-Raum aus. Wählen Sie im Dropdown-Menü die Zukunftsperiode und ein Zukunftsszenario aus.
In der Box unten werden für die jeweilige Auswahl die Klimaänderungen gezeigt, die von regionalen Klimamodellen für verschiedene Kenngrößen projiziert werden.

1. Pflanzenstadium auswählen


2. Region auswählen



Ergebnisse aus Klimaprojektionen

Pflanzenstadium, Boden-Klima-Raum und Zukunftsperiode oben auswählen!




Hintergrundinformationen

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Zunahme: Mindestens 2/3 der Simulationen zeigen eine Zunahme und mindestens 50% der Simulationen sogar eine signifikante Zunahme.

Tendenz zur Zunahme: Mindestens 2/3 der Simulationen zeigen eine Zunahme, aber weniger als 50% der Simulationen eine signifikante Zunahme.

Abnahme: Mindestens 2/3 der Simulationen zeigen eine Abnahme und mindestens 50% der Simulationen sogar eine signifikante Abnahme.

Tendenz zur Abnahme: Mindestens 2/3 der Simulationen zeigen eine Abnahme, aber weniger als 50% der Simulationen eine signifikante Abnahme.

Modelle uneins: Keine 2/3-Mehrheit bezüglich der Richtung der Änderungen, aber mindestens 50% der Simulationen zeigen signifikante Änderungen.

Keine Änderungen: Keine 2/3-Mehrheit bezüglich der Richtung der Änderungen; weniger als 50% der Simulationen zeigen signifikante Änderungen.


Berechnung der Signifikanz
Unterschiede zwischen zwei Zeitperioden sind immer von zweierlei geprägt:
1. Der natürlichen (internen) Variabilität. Da das Wetter ständigen chaotischen Schwankungen unterliegt, sind z.B. auch klimatische Mittelwerte über verschiedene Zeiträume nie identisch, selbst ohne jeden Klimawandel.
2. Dem Einfluss externer Faktoren auf das Klima, z.B. dem Ausstoß von Treibhausgasen durch den Menschen.
Um einordnen zu können, ob zeitliche Veränderungen einer Klimagröße mit dem Klimawandel im Zusammenhang stehen, wird die statistische Signifikanz berechnet. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Zu- oder Abnahme Zufall ist (d.h. mit natürlichen Klimaschwankungen erklärbar ist, ohne menschlichen Einfluss), liegt bei einem signifikanten Ergebnis unter 5%. Der dazu angewendete statistische Test ist ein Mann-Whitney-u-Test.

Referenzzeitraum, auf den sich die Klimaänderungen beziehen: 1971-2000.


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Bodennahe LufttemperaturTagesmittel der Lufttemperatur in Bodennähe. Bei Messungen in Wetterstationen bedeutet „Bodennähe“ 2 Meter Höhe über dem Erdboden.
NiederschlagMittlere Tagessumme des Niederschlags von flüssigem Wasser (Regen, Niesel) und festem Wasser (Schnee, Hagel, Graupel).
BodenfeuchteGesamtmenge an Wasser in den obersten Bodenschichten. Diese Größe liegt momentan nur in Modellen vor, da sie in der Realität schwer messbar ist.
Anzahl von HitzetagenAnzahl der Tage im ausgewählten Zeitraum, an denen die Tagesmaximumtemperatur der Luft 30°C übersteigt.
Typische Dauer von HitzeperiodenDie Dauer einer Hitzeperiode wird hier definiert als Anzahl aufeinanderfolgender Tage, an denen die Tagesmaximumtemperatur 30°C übersteigt. Als „typische Dauer“ wird hier der Median aller solcher Ereignisse jedes Jahres (in dem ausgewählten Zeitraum des Jahres) verstanden. Für jede Klimasimulation und den Beobachtungsdatensatz wird für die jeweils ausgewählte 30-Jahresperiode ein Mittelwert über die 30 jährlichen Mediane gebildet. Der Median der Dauer von Hitzeperioden ist nicht zu verwechseln mit dem Median des Modell-Ensembles.
Maximale Dauer von HitzeperiodenDie Dauer einer Hitzeperiode wird hier definiert als Anzahl aufeinanderfolgender Tage, an denen die Tagesmaximumtemperatur 30°C übersteigt. Als „maximale Dauer“ wird hier das Maximum aller solcher Ereignisse jedes Jahres (in dem ausgewählten Zeitraum des Jahres) verstanden. Für jede Klimasimulation und den Beobachtungsdatensatz wird für die jeweils ausgewählte 30-Jahresperiode ein Mittelwert über die 30 jährlichen Maxima gebildet. Das Maximum der Dauer von Hitzeperioden ist nicht zu verwechseln mit dem Maximum des Modell-Ensembles.
TemperaturvariabilitätDiese Klimagröße bemisst die typischen Schwankungen der Tagesmitteltemperatur von Tag zu Tag, um den über den 30-Jahreszeitraum gemittelten Jahresgang herum. Mathematisch ausgedrückt handelt es sich um die Standardabweichung der Tagestemperatur-Anomalien im ausgewählten Zeitraum. Je "untypischer" die Temperatur an einem beliebigen Tag im Vergleich mit dem für einen Zeitraum üblichen Klimamittel ist, desto höher die Temperaturvariabilität.
Anzahl von FrosttagenAnzahl der Tage im ausgewählten Zeitraum, an denen die Tagesminimumstemperatur der bodennahen Luft 0°C unterschreitet.
Anzahl von Tagen über 5°CAnzahl der Tage im ausgewählten Zeitraum, an denen die Tagesmitteltemperatur der bodennahen Luft 5°C übersteigt. Diese Tage werden gelegentlich als Vegetationstage bezeichnet. Um zu beantworten, ob die Vegetation an einem bestimmten Tag wächst, sind jedoch noch andere Faktoren entscheidend, z.B. Bodenfeuchte, Strahlung und Nährstoffverfügbarkeit.
Anzahl von VernalisationstagenAnzahl der Tage im ausgewählten Zeitraum, an denen die Tagesmitteltemperatur der Luft in Bodennähe den Wert von 5°C nicht übersteigt.
Typische Dauer von VernalisationsperiodenDie Dauer einer Vernalisationsperiode wird hier definiert als Anzahl aufeinanderfolgender Tage, an denen die Tagesmitteltemperatur in Bodennähe den Wert von 5°C nicht übersteigt. Als „typische Dauer“ wird hier der Median aller solcher Ereignisse jedes Jahres (in dem ausgewählten Zeitraum des Jahres) verstanden. Für jede Klimasimulation und den Beobachtungsdatensatz wird für die jeweils ausgewählte 30-Jahresperiode ein Mittelwert über die 30 jährlichen Mediane gebildet. Der Median der Dauer von Vernalisationsperioden ist nicht zu verwechseln mit dem Median des Modell-Ensembles.
Maximale Dauer von VernalisationsperiodenDie Dauer einer Vernalisationsperiode wird hier definiert als Anzahl aufeinanderfolgender Tage, an denen die Tagesmitteltemperatur in Bodennähe den Wert von 5°C nicht übersteigt. Als „maximale Dauer“ wird hier das Maximum aller solcher Ereignisse jedes Jahres (in dem ausgewählten Zeitraum des Jahres) verstanden. Für jede Klimasimulation und den Beobachtungsdatensatz wird für die jeweils ausgewählte 30-Jahresperiode ein Mittelwert über die 30 jährlichen Maxima gebildet. Das Maximum der Dauer von Vernalisationsperioden ist nicht zu verwechseln mit dem Maximum des Modell-Ensembles.
Anzahl trockener TageAnzahl der Tage im ausgewählten Zeitraum, an denen die Niederschlagssumme 1 mm nicht übersteigt.
Typische Dauer von TrockenperiodenDie Dauer einer Trockenperiode wird hier definiert als Anzahl aufeinanderfolgender Tage, an denen die Niederschlagssumme 1 mm nicht übersteigt. Als „typische Dauer“ wird hier der Median aller solcher Ereignisse jedes Jahres (in dem ausgewählten Zeitraum des Jahres) verstanden. Für jede Klimasimulation und den Beobachtungsdatensatz wird für die jeweils ausgewählte 30-Jahresperiode ein Mittelwert über die 30 jährlichen Mediane gebildet. Der Median der Dauer von Trockenperioden ist nicht zu verwechseln mit dem Median des Modell-Ensembles.
Maximale Dauer von TrockenperiodenDie Dauer einer Trockenperiode wird hier definiert als Anzahl aufeinanderfolgender Tage, an denen die Niederschlagssumme 1 mm nicht übersteigt. Als „maximale Dauer“ wird hier das Maximum aller solcher Ereignisse jedes Jahres (in dem ausgewählten Zeitraum des Jahres) verstanden. Für jede Klimasimulation und den Beobachtungsdatensatz wird für die jeweils ausgewählte 30-Jahresperiode ein Mittelwert über die 30 jährlichen Maxima gebildet. Das Maximum der Dauer von Trockenperioden ist nicht zu verwechseln mit dem Maximum des Modell-Ensembles.
Anzahl von Tagen mit sehr geringer BodenfeuchteAls „sehr geringe Bodenfeuchte“ wird hier jener Wert verstanden, den die Bodenfeuchte nur an 20% aller Tage in einem Referenzzeitraum (hier 1971-2000) unterschreitet. Der Schwellwert ist abhängig vom Ort - eine Bodenfeuchte, die z.B. an Standorten mit sandigen Böden normal ist, gilt anderswo bereits als starke Trockenheit. Außerdem ist der Schwellwert auch abhängig vom Klimamodell, da sich die Berechnung der Bodenfeuchte in den Modellen unterscheidet.
Anzahl von Tagen mit sehr hoher BodenfeuchteAls „sehr hohe Bodenfeuchte“ wird hier jener Wert verstanden, den die Bodenfeuchte nur an 20% aller Tage in einem Referenzzeitraum (hier 1971-2000) überschreitet. Der Schwellwert ist abhängig vom Ort - eine Bodenfeuchte, die z.B. an Standorten mit lehmigen Böden normal ist, wäre auf einem sandigen Boden bereits außergewöhnlich hoch. Außerdem ist der Schwellwert auch abhängig vom Klimamodell, da sich die Berechnung der Bodenfeuchte in den Modellen unterscheidet.
Anzahl trockener HitzetageAnzahl der Tage im ausgewählten Zeitraum, die sowohl Hitzetage als auch Tage mit sehr geringer Bodenfeuchte sind (gemäß den obigen Definitionen). Die Kombination von Hitze und Trockenheit ist für Pflanzen besonders gefährlich, da ein Mangel an kühlender Verdunstung zu Hitzeschäden führen kann.


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RCPs Mit Klimamodellen können Projektionen für das zukünftige Klima berechnet werden. Diese liefern Antworten auf die Frage: „Was wäre, wenn?“ Verschiedene Annahmen, z. B. zur Entwicklung der Bevölkerung, der Technologie und der Wirtschaft, führen zu verschiedenen Entwicklungspfaden von Emissionen und Konzentrationen an Treibhausgasen.
Solche Szenarien sind keine Vorhersagen, sondern beschreiben verschiedene plausible Entwicklungen. Mit Klimamodellen werden dann die Auswirkungen der Emissionen und der damit verbundenen veränderten Zusammensetzung der Atmosphäre auf das Klimasystem der Erde simuliert.
Im Rahmen des fünften IPCC-Sachstandsberichts wurden die „Representative Concentration Pathways“ (RCPs) als Szenarien verwendet. Drei davon wurden hier ausgewählt und nach dem Ausmaß an Klimaschutz benannt, das zu ihrer Realisierung nötig wäre: Kein Klimaschutz (Szenario RCP8.5), etwas Klimaschutz (RCP4.5) und viel Klimaschutz (RCP2.6). Das Szenario RCP8.5 beschreibt einen weiterhin kontinuierlichen Anstieg der Treibhausgasemissionen, mit einer Stabilisierung der Emissionen auf einem sehr hohen Niveau zum Ende des 21. Jahrhunderts. Das mittlere Szenario, RCP4.5, geht davon aus, dass die Emissionen bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts noch etwas ansteigen und danach wieder sinken. Dieser Pfad kann durch verschiedene sozioökonomische Entwicklungen erreicht werden, die z. B. auch klimapolitische Maßnahmen berücksichtigen. Das Klimaschutz-Szenario, RCP2.6, beinhaltet sehr ambitionierte Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen und zum Ende des 21. Jahrhunderts sogar „negative Emissionen“ (eine netto-Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre).

Mehr Informationen zu den RCP-Szenarien findet sich in Meinshausen et al. "The RCP greenhouse gas concentrations and their extension from 1765 to 2500" und in Abschnitt 12.3.3 des 5. IPCC-Sachstandsberichts.

Kurze und verständlich aufbereitete Informationen finden sich auch auf Klimanavigator oder Klimawiki.

Datenquelle zum Erstellen der obigen Abbildung: http://www.pik-potsdam.de/~mmalte/rcps/index.htm#Download




Bei den verwendeten Klimamodell-Simulationen handelt es sich um Ergebnisse von regionalen Klimaprojektionen aus der EURO-CORDEX-Initiative (Jacob et al., 2014). Im Rahmen dieser europaweiten Initiative werden Simulationen mit umfangreichen Modell-Ensembles mit einer horizontalen Auflösung von ca. 12.5 km (0.11 Grad) durchgeführt. Jedes regionale Modell (RCM) erhält Randwerte von einem (gröber aufgelösten) globalen Klimamodell (GCM) vorgeschrieben. Daraus ergeben sich gegenwärtig mehr als 45 Kombinationen von globalen und regionalen Modellen für die Region Europa.
Alle Klimaprojektionen wurden aus dem ESGF-Datenportal über den Datenknoten am Deutschen Klimarechenzentrum heruntergeladen und analysiert. Davon beziehen sich 50 Simulationen auf das Szenario RCP8.5, 17 Simulationen auf das Szenario RCP4.5, sowie 18 Simulationen auf das Szenario RCP2.6. Für alle drei Szenarien wurden die Simulationen mit acht verschiedenen regionalen Klimamodellen (RCMs) erstellt. Die Antriebsdaten für diese RCMs stammen von zehn verschiedenen globalen Klimamodellen (GCMs). Eine Übersicht über die regionalen Klimamodelle und deren jeweiligen globalen Antriebsdaten gibt die untenstehende Tabelle.
Stand des Datensatzes: April 2020.

Kein Klimaschutz (RCP8.5)

Antreibendes GCM und RealisationRCM
CanESM2, r1i1p1CCLM4-8-17
CanESM2, r1i1p1REMO2015
CNRM-CM5, r1i1p1CCLM4-8-17
CNRM-CM5, r1i1p1HIRHAM5
CNRM-CM5, r1i1p1REMO2015
CNRM-CM5, r1i1p1WRF381P
CNRM-CM5, r1i1p1RACMO22E
CNRM-CM5, r1i1p1RCA4
EC-EARTH, r12i1p1CCLM4-8-17
EC-EARTH, r12i1p1REMO2015
EC-EARTH, r12i1p1WRF361H
EC-EARTH, r1i1p1RACMO22E
EC-EARTH, r3i1p1RACMO22E
EC-EARTH, r12i1p1RACMO22E
EC-EARTH, r1i1p1RCA4
EC-EARTH, r3i1p1RCA4
EC-EARTH, r12i1p1RCA4
EC-EARTH, r1i1p1HIRHAM5
EC-EARTH, r3i1p1HIRHAM5
EC-EARTH, r12i1p1HIRHAM5
IPSL-CM5A-MR, r1i1p1WRF381P
IPSL-CM5A-MR, r1i1p1RACMO22E
IPSL-CM5A-MR, r1i1p1RCA4
MIROC5, r1i1p1CCLM4-8-17
MIROC5, r1i1p1REMO2015
MIROC5, r1i1p1WRF361H
HadGEM2-ES, r1i1p1CCLM4-8-17
HadGEM2-ES, r1i1p1HIRHAM5
HadGEM2-ES, r1i1p1REMO2015
HadGEM2-ES, r1i1p1HadREM3-GA7-05
HadGEM2-ES, r1i1p1WRF381P
HadGEM2-ES, r1i1p1RACMO22E
HadGEM2-ES, r1i1p1RCA4
HadGEM2-ES, r1i1p1WRF361H
MPI-ESM-LR, r1i1p1CCLM4-8-17
MPI-ESM-LR, r1i1p1COSMO-crClim-v1-1
MPI-ESM-LR, r2i1p1COSMO-crClim-v1-1
MPI-ESM-LR, r1i1p1HIRHAM5
MPI-ESM-LR, r1i1p1RACMO22E
MPI-ESM-LR, r1i1p1WRF361H
MPI-ESM-LR, r1i1p1RCA4
MPI-ESM-LR, r2i1p1RCA4
MPI-ESM-LR, r3i1p1RCA4
MPI-ESM-LR, r3i1p1REMO2015
NorESM1-M, r1i1p1COSMO-crClim-v1-1
NorESM1-M, r1i1p1HIRHAM5
NorESM1-M, r1i1p1REMO2015
NorESM1-M, r1i1p1WRF381P
NorESM1-M, r1i1p1RACMO22E
NorESM1-M, r1i1p1RCA4

Etwas Klimaschutz (RCP4.5)

Antreibendes GCM und RealisationRCM
CNRM-CM5, r1i1p1CCLM4-8-17
CNRM-CM5, r1i1p1RACMO22E
CNRM-CM5, r1i1p1RCA4
EC-EARTH, r12i1p1CCLM4-8-17
EC-EARTH, r12i1p1RCA4
EC-EARTH, r1i1p1RACMO22E
EC-EARTH, r12i1p1RACMO22E
EC-EARTH, r3i1p1HIRHAM5
IPSL-CM5A-MR, r1i1p1WRF381P
IPSL-CM5A-MR, r1i1p1RCA4
HadGEM2-ES, r1i1p1CCLM4-8-17
HadGEM2-ES, r1i1p1HIRHAM5
HadGEM2-ES, r1i1p1RACMO22E
HadGEM2-ES, r1i1p1RCA4
MPI-ESM-LR, r1i1p1CCLM4-8-17
MPI-ESM-LR, r1i1p1RCA4
NorESM1-M, r1i1p1HIRHAM5

Viel Klimaschutz (RCP2.6)

Antreibendes GCM und RealisationRCM
CNRM-CM5, r1i1p1RACMO22E
EC-EARTH, r12i1p1CCLM4-8-17
EC-EARTH, r12i1p1REMO2015
EC-EARTH, r12i1p1RACMO22E
EC-EARTH, r12i1p1RCA4
EC-EARTH, r3i1p1HIRHAM5
IPSL-CM5A-LR, r1i1p1REMO2015
MIROC5, r1i1p1CCLM4-8-17
MIROC5, r1i1p1REMO2015
HadGEM2-ES, r1i1p1REMO2015
HadGEM2-ES, r1i1p1RACMO22E
HadGEM2-ES, r1i1p1RCA4
MPI-ESM-LR, r1i1p1CCLM4-8-17
MPI-ESM-LR, r1i1p1RCA4
MPI-ESM-LR, r1i1p1WRF361H
NorESM1-M, r1i1p1REMO2015
NorESM1-M, r1i1p1RCA4
GFDL-ESM2G, r1i1p1REMO2015