Kenntage Temperatur: Extremereignisse

Kenntage sind Tage, die durch Über- oder Unterschreitung eines bestimmten Schwellenwertes charakterisiert sind. Die hier untersuchten Sommertage, Hitzetage und Tropennächte stellen Extremereignisse im Temperaturverlauf dar.
Tage, bei denen die maximale Temperatur 25°C oder mehr beträgt, heißen Sommertage; Tage, an denen die maximale Temperatur 30°C erreicht oder übersteigt, werden als Hitzetage bezeichnet. Tropennächte sind Nächte, in denen die minimale Temperatur nicht unter 20°C sinkt.

Wie für die Temperatur wird zuerst der Vergleich zwischen Beobachtungen und Modellergebnissen (WETTREG, REMO und CCLM) für den Zeitraum 1971 – 2000 gezeigt, danach die Änderungssignale. Die Punkte in den Karten zeigen die Positionen der verwendeten Stationen (Beobachtung und WETTREG) oder Gitterpunkte (REMO und CCLM) an. Die Anzahl der Tage pro Jahr wird mit "d/a" abgekürzt.

Sommertage

Die Beobachtung zeigt, dass es im Zeitraum von 1971 - 2000 durchschnittlich 33 Sommertage im Jahr gab. Die Region mit den meisten Sommertagen pro Jahr (über 50 Tage) befindet sich am Rhein bis kurz nördlich der Mainmündung und an der Bergstraße. Dieses Maximum erstreckt sich mit nur geringfügig kleineren Werten auch über das Rhein-Main-Gebiet. Viele Sommertage gibt es zudem auch noch um die Wetterau und generell in den tiefer gelegenen Tälern. Die geringste Anzahl von Sommertagen findet sich um den Vogelsberg, in der Rhön, im Taunus und im Rothaargebirge.

Das Modell WETTREG kommt der Beobachtung sowohl in der Verteilung der Minima und Maxima wie auch im Mittelwert sehr nahe.
REMO unterschätzt den Mittelwert mit ca. 27 Sommertagen pro Jahr gegenüber den beobachteten 33 Sommertagen deutlich. In der gesamten Region Nordhessen werden zu wenige Sommertage simuliert. REMO stellt die Maxima im Rhein-Main-Gebiet und um die Wetterau dar, allerdings etwas zu schwach. Das Maximum entlang des Rheins und an der Bergstraße wird ebenfalls unterschätzt.
Das Modell CCLM stellt die Regionen mit Maximalwerten (besonders im Rhein-Main-Gebiet) und diejenigen mit Minimalwerten (Rothaargebirge und die hessischen Mittelgebirgslagen) zu groß dar. Diese Effekte sind durch die relativ grobe räumliche Auflösung des Modells zu erklären. Das generelle Muster wird vom Modell richtig dargestellt. Dadurch kommt der Mittelwert mit ca. 32 Sommertagen pro Jahr der Beobachtung sehr nahe.

Die simulierten Änderungen im Vergleich zur Referenzperiode (1971 – 2000) für die verschiedenen Modelle sind in den folgenden Tabellen zusammengefasst. Die Zunahme der Sommertage pro Jahr für den Zeitraum 2031 - 2060 im Vergleich zu 1971 - 2000 (ohne Abbildung) beträgt im Mittel über das gesamte Gebiet von Hessen

Szenario	WETTREG	REMO	CCLM
A1B	13,3 d/a	10,7 d/a	9,9 d/a
A2	14,7 d/a	13,0 d/a
B1	6,9 d/a	2,8 d/a	2,5 d/a

Das entspricht einem Anstieg der Anzahl der Sommertage um ca. 30% in den Szenarien A1B und A2, im Szenario B1 ist der Anstieg deutlich geringer.

Die Änderung der Sommertage pro Jahr für den Zeitraum 2071 – 2100 im Vergleich zu 1971 – 2000 beträgt im Mittel über das gesamte Gebiet von Hessen

Szenario	WETTREG	REMO	CCLM
A1B	23,4 d/a	32,7 d/a	29,5 d/a
A2	21,8 d/a	29,5 d/a
B1	17,5 d/a	19,2 d/a	18,1 d/a

Für diesen Zeitraum wird in den Szenarien A1B und A2 fast eine Verdopplung der Anzahl der im Referenzzeitraum 1971 – 2000 gemessenen Sommertage von allen drei Modellen simuliert. Auch im Szenario B1 steigt die Anzahl der Sommertage pro Jahr um fast 60% im Vergleich zu den gemessenen Werten im Zeitraum 1971 – 2000.
In beiden Szenario-Zeiträumen (2031 – 2060 und 2071 – 2100) zeigt sich eine generelle Systematik, die auch bereits bei der Jahresmitteltemperatur zu erkennen war: Die Anzahl der Sommertage pro Jahr steigt im zweiten Zeitraum stärker als im ersten und die Zunahme ist in den beiden Szenarien A1B und A2 stärker als im B1-Szenario. Das statistische Modell WETTREG zeigt in der Mitte des Jahrhunderts (2031 – 2060) eine stärkere Zunahme der Sommertage als die beiden dynamischen Modelle REMO und CCLM. Dieser Effekt kehrt sich jedoch zum Ende des Jahrhunderts um.
In allen Modellen und Szenarien findet sich der stärkste Anstieg der Anzahl der Sommertage pro Jahr in Südhessen im Rhein-Main-Gebiet und der hessischen Bergstraße und erstreckt sich teilweise bis in die Wetterau. Die geringste Zunahme wird für den Nordwesten simuliert. Dies ist analog zur Änderung der Jahresmitteltemperatur, die ebenfalls dieses generelle Muster zeigt.

Hitzetage

Die Beobachtung zeigt, dass sich die Regionen mit den meisten Hitzetagen (10 – 15 Tage pro Jahr) im Rhein-Main-Gebiet und an der Bergstraße befinden. Am wenigsten Hitzetage (0 – 5 Tage pro Jahr) gibt es im Kellerwald, dem Rothaargebirge, am Vogelsberg, im Taunus und im Odenwald. Im Mittel über ganz Hessen werden für den Zeitraum 1971 – 2000 ca. 6 Hitzetage pro Jahr beobachtet.

WETTREG zeigt sehr ähnliche Werte und Verteilungen der Minima und Maxima wie die Beobachtung und auch der Mittelwert für ganz Hessen wird exakt getroffen.
REMO stellt das Maximum am Rhein und an der Bergstraße dar, allerdings finden sich ähnlich hohe Werte auch am Main, wo in den Beobachtungen nicht so viele Hitzetage nachgewiesen werden. In ganz Nordhessen simuliert REMO ein Minimum (0 – 5 Hitzetage pro Jahr). Die niedrig gelegenen Regionen mit 5 – 10 Hitzetagen pro Jahr werden nicht wiedergegeben. Dies führt zu einer Unterschätzung der Anzahl der Hitzetage im Mittelwert über ganz Hessen mit ca. 4 Hitzetagen pro Jahr.
Im Gegensatz dazu zeigt das Modell CCLM eine starke Überschätzung der Anzahl von Hitzetagen. Das Maximum im Rhein-Main-Gebiet und an der Bergstraße wird mit bis zu 25 Hitzetagen pro Jahr zu stark wiedergegeben. Auch die Ausdehnung der Gebiete mit vielen Hitzetagen pro Jahr ist deutlich größer als in den Beobachtungen. Dies führt zu der starken Überschätzung des Mittelwertes, der bei fast 11 Hitzetagen pro Jahr liegt.

Um die von den Modellen simulierten Änderungssignale in eine besser vorstellbare und verständliche Perspektive zu setzen, zeigen wir hier die Änderung der Hitzetage 2003 im Vergleich zu 1971 – 2000. In diesem Jahr war ein extrem heißer Sommer mit vielen tausend Hitzetoten in Mitteleuropa, besonders in Frankreich, aufgetreten. Die Karte stellt eine beobachtete Änderung dar, nicht etwa die Anzahl der Hitzetage im Jahr 2003. Die Anzahl der tatsächlich gemessenen Hitzetage in 2003 ergibt sich erst durch Addition der beobachteten Hitzetage im Mittel über 1971 – 2000 und dem Änderungssignal in der Karte für 2003 (im Vergleich zu 1971 – 2000). Dadurch ist die Karte direkt vergleichbar mit den Änderungssignalen, die von den Modellen simuliert und im weiteren Verlauf dargestellt werden.

Die Karte zeigt eine Erhöhung der Anzahl der Hitzetage im Jahr 2003 im Mittel über ganz Hessen von über 16 Tagen. Das ergibt einen Gesamtwert von mehr als 22 Hitzetagen in Hessen in 2003. Dort, wo auch im Mittel über den Zeitraum 1971 – 2000 die meisten Hitzetage pro Jahr aufgetreten waren, nämlich in Südhessen am Rhein und z. T. am Main, findet sich auch eine starke Zunahme der Hitzetage in 2003. Diese erstreckt sich allerdings weiter nach Osten, in den Odenwald und an den Oberlauf des Mains. Insgesamt zeigt sich der stärkste Anstieg der Hitzetage in Südhessen, die geringsten Zunahmen sind in den Mittelgebirgslagen, im Taunus, am Vogelsberg, in der Rhön und im Rothaargebirge zu finden.

Im Folgenden werden für die verschiedenen Modelle die simulierten Änderungen im Vergleich zur (vom jeweiligen Modell simulierten) Referenzperiode (1971 – 2000) dargestellt. Die Änderung der Hitzetage pro Jahr für den Zeitraum 2031 – 2060 im Vergleich zu 1971 – 2000 (ohne Abbildung) beträgt im Mittel über das gesamte Gebiet von Hessen

Szenario	WETTREG	REMO	CCLM
A1B	4,0 d/a	3,6 d/a	6,0 d/a
A2	4,3 d/a	4,7 d/a
B1	1,8 d/a	1,9 d/a	2,5 d/a

Die Änderung der Hitzetage für den Zeitraum 2071 – 2100 im Vergleich zu 1971 – 2000 beträgt im Mittel über das gesamte Gebiet von Hessen

Szenario	WETTREG	REMO	CCLM
A1B	8,1 d/a	13,8 d/a	19,7 d/a
A2	7,3 d/a	13,0 d/a
B1	4,9 d/a	7,5 d/a	11,3 d/a

Die Anzahl der Hitzetage pro Jahr steigt zum Ende des Jahrhunderts (2071 – 2100) deutlich stärker an als zur Mitte des Jahrhunderts (2031 – 2060). In allen Modellen und Szenarien findet mindestens eine Verdoppelung der Hitzetage statt, in den meisten Fällen sogar eine Verdreifachung oder ein noch stärkerer Anstieg. Dies ist so zu verstehen, dass sich die Temperaturverteilung nicht gleichmäßig zu höheren Temperaturen verschiebt, sondern dass gerade die sehr warmen Tage besonders stark zunehmen.
Im Szenario B1 ist die zu erwartende Anzahl von Hitzetagen pro Jahr für das Ende des Jahrhunderts halb so groß wie in den Szenarien A1B und A2.
Der Vergleich mit dem Jahr 2003 zeigt, dass gegen Ende dieses Jahrhunderts ein Sommer wie der Hitzesommer 2003 der Normalfall werden könnte.
In der Mitte des Jahrhunderts (2031 – 2060) ist der Unterschied zwischen den verschiedenen Modellen gering. Erst am Ende des Jahrhunderts (2071 – 2100) stellt sich wieder die stärkere Änderung in den beiden Modellen REMO und CCLM im Vergleich zum Modell WETTREG ein, wobei die Zunahme der Hitzetage pro Jahr im Modell CCLM noch deutlich stärker ausfällt als im Modell REMO.
Die Zahl der Hitzetage pro Jahr nimmt in den beiden Szenarien A1B und A2 überall (bis auf eine einzige Gitterbox in der REMO A2-Simulation) in Hessen um mindestens 4 Tage pro Jahr zu, in der CCLM-Simulation für das Szenario A1B werden bis zu 29 zusätzliche Hitzetage pro Jahr in einzelnen Gitterboxen simuliert. Im B1-Szenario simulieren alle drei Modelle im Rothaargebirge Zunahmen von weniger als 4 Hitzetagen pro Jahr, in den restlichen Gebieten Hessens jedoch Zunahmen zwischen 4 und 18 Hitzetagen pro Jahr.

Tropennächte

Im Zeitraum von 1971 – 2000 wurden im Mittel über ganz Hessen nur 0,4 Tropennächte im Jahr beobachtet. Nördlich des Rheins und in Nordhessen sowie im Odenwald wurde keine einzige Tropennacht gemessen. Nur südlich des Mains im Rhein-Main-Gebiet und an der Bergstraße gab es vereinzelt bis zu 2 Tropennächte im Jahr.

Das Modell WETTREG zeigt eine leichte Überschätzung in der Ausdehnung des Gebietes mit mehr als einer Tropennacht pro Jahr. Dadurch liegt der Durchschnittswert für ganz Hessen mit 0,7 Tropennächten pro Jahr leicht über dem Wert der Beobachtung.
REMO zeigt eine etwas stärkere Überschätzung im Mittelwert, welcher bei 0,9 Tropennächten pro Jahr liegt. Im Rhein-Main-Gebiet und der Bergstraße stellt REMO doppelt so viele Tropennächte im Jahr dar wie die Beobachtung.
Das Modell CCLM zeigt sehr ähnliche Werte wie die Beobachtungen. Das lokal sehr begrenzte Maximum südlich von Hessen in den Beobachtungen wird vom Modell CCLM etwas weiter ausgedehnt, dafür aber schwächer wiedergegeben. Im Ganzen kommt CCLM der Beobachtung sehr nahe.

Im Folgenden werden die simulierten Änderungen der Anzahl der Tropennächte pro Jahr in den drei Modellen vorgestellt. Die Zunahme der Tropennächte für den Zeitraum 2031 - 2060 im Vergleich zu 1971 - 2000 (ohne Abbildung) beträgt im Mittel über das gesamte Gebiet von Hessen

Szenario	WETTREG	REMO	CCLM
A1B	0,6 d/a	1,8 d/a	1,1 d/a
A2	0,6 d/a	2,2 d/a
B1	0,4 d/a	1,1 d/a	0,7 d/a

Die Zunahme der Tropennächte pro Jahr für den Zeitraum 2071 – 2100 im Vergleich zu 1971 – 2000 beträgt im Mittel über das gesamte Gebiet von Hessen

Szenario	WETTREG	REMO	CCLM
A1B	1,8 d/a	9,1 d/a	6,4 d/a
A2	2,0 d/a	9,2 d/a
B1	0,9 d/a	4,6 d/a	2,7 d/a

Auch für die Anzahl von Tropennächten pro Jahr ist festzustellen, dass der simulierte Anstieg für den späteren Zeitraum (2071 – 2100) mindestens doppelt so stark ausfällt wie im Zeitraum 2031 – 2060. Systematisch ist ebenfalls, dass im Szenario B1 der Anstieg von Tropennächten pro Jahr deutlich schwächer simuliert wird als in den Szenarien A1B und A2.
Die Änderungen fallen für alle drei Szenarien im Modell WETTREG deutlich kleiner aus als in den beiden dynamischen Modellen REMO und CCLM.
Das Modell WETTREG projiziert für den Zeitraum 2071 – 2100 nur an einzelnen Punkten Zunahmen von mehr als 4 Tropennächten pro Jahr. Im Mittel über ganz Hessen liegen die Änderungen in diesem Modell bei ein (Szenario B1) bis zwei (Szenarien A1B und A2) Tropennächten pro Jahr.
REMO zeigt für diesen Zeitraum in allen drei Szenarien den stärksten Anstieg in der Anzahl der Tropennächte. Das Modell simuliert im Mittel über ganz Hessen einen Anstieg von mehr als 4 Tropennächten pro Jahr im B1-Szenario und mehr als 9 Tropennächten pro Jahr in den beiden Szenarien A1B und A2.
Zum Ende des Jahrhunderts (2071 – 2100) simuliert CCLM zwischen knapp 3 (B1-Szenario) und über 6 (A1B-Szenario) zusätzliche Tropennächte.
Während WETTREG keine räumliche Struktur in Hessen zeigt, werden in den Modellen REMO und CCLM an Rhein und Main Maximalwerte von 17 (CCLM) bis 20 (REMO) zusätzlichen Tropennächten pro Jahr in den Szenarien A1B und A2 erreicht.

Zusammenfassung

Alle drei hier untersuchten Modelle zeigen in allen drei Szenarien und in beiden Zeiträumen eine deutliche Zunahme der warmen Temperaturextreme (Sommertage, Hitzetage, Tropennächte).

WETTREG stellt alle drei Temperaturextreme (Sommertage, Hitzetage und Tropennächte) gut dar. Das Modell simuliert den geringsten Anstieg bei allen drei Arten von Temperaturextremen, die hier betrachtet werden. Dies ist analog zur Feststellung, dass WETTREG auch den geringsten Anstieg der Jahresmitteltemperatur simuliert (siehe Text Temperatur und Karten Jahresmitteltemperatur).
REMO unterschätzt die Anzahl der Sommertage und der Hitzetage pro Jahr im Referenzzeitraum. Die Anzahl der Tropennächte wird von REMO leicht überschätzt, allerdings simuliert auch REMO weniger als eine Tropennacht pro Jahr im Mittel über ganz Hessen (im Vergleich zu beobachteten 0,4 Tropennächten pro Jahr). Gleichzeitig zeigt REMO den stärksten Anstieg der Anzahl von Sommertagen und Tropennächten pro Jahr im Verlauf der Simulation. Bei der Anzahl der Hitzetage liefert die Simulation mit REMO einen stärkeren Anstieg als WETTREG, aber einen schwächeren Anstieg als CCLM.
CCLM simuliert für den Referenzzeitraum die Anzahl der Sommertage und der Tropennächte pro Nacht sehr ähnlich zur Beobachtung, die Anzahl der Hitzetage wird etwas überschätzt. Die Änderungssignale in CCLM sind durchweg größer als in WETTREG und liegen in einem ähnlichen Bereich wie die von REMO simulierten Änderungen.

In allen Modellen und Szenarien findet der stärkste Anstieg der Anzahl der Sommertage, der Hitzetage und auch der Tropennächte in Südhessen im Rhein-Main-Gebiet und der hessischen Bergstraße statt. Dieses Signal erstreckt sich teilweise bis in die Wetterau. Die schwächste Zunahme wird für den Nordwesten simuliert. In großen Teilen Nordhessens ist mit einem Anstieg der Anzahl der Sommertage von mehr als 13 Tagen pro Jahr und mit einer Erhöhung der Hitzetage von mehr als 4 Tagen pro Jahr zu rechnen.
Dieses räumliche Muster ist analog zur Änderung der Jahresmitteltemperatur, die ebenfalls diese generelle Struktur zeigt.

Bewertung

Bei der Auswertung der simulierten Änderungen ist die jeweilige Fähigkeit der einzelnen Modelle zu beachten, das aktuelle Klima darzustellen.
Besonders die Hitzetage und Tropennächte nehmen zum Ende des Jahrhunderts unverhältnismäßig stark zu. In allen drei Modellen fallen die Zunahmen der Sommer- und Hitzetage sowie der Tropennächte im B1-Szenario wesentlich geringer aus als in den Szenarien A1B und A2.
Das Modell WETTREG simuliert die schwächsten Änderungen, die beiden dynamischen Modelle REMO und CCLM simulieren deutlich stärkere Signale.
WETTREG: Möglicherweise liegt hier eine Unterschätzung der zu erwartenden Änderungssignale vor, da nur eine sehr geringe Anzahl an Hitzetagen im Beobachtungszeitraum vorliegt und daher das Verfahren vermutlich nicht genug dieser Tage für die Zukunft projizieren kann.
REMO und CCLM: Die mit den dynamischen Modellen simulierten Änderungssignale sind als wahrscheinlicher anzusehen als die Signale aus dem Modell WETTREG. Bei den dynamischen Modellen können allerdings in den Sommermonaten auch Überschätzungen auftreten, da die Kühlung durch Transpiration der Pflanzen möglicherweise an einzelnen Tagen unterschätzt wird.

Es ist mit einer Zunahme von Sommertagen, Hitzetagen und Tropennächten schon in der Mitte des Jahrhunderts zu rechnen, die zum Ende des Jahrhunderts noch deutlich stärker wird. Die simulierten Änderungen entsprechen mindestens einer Verdoppelung, teilweise einer Verdreifachung der im Referenzzeitraum beobachteten Temperaturextreme. Hitzesommer wie der beobachtete im Jahr 2003 können gegen Ende dieses Jahrhunderts der Normalfall werden!