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Bodenatlas Sachsen

 

Bodenatlas Sachsen - Auswirkungen von Klimaänderungen auf den Bodenwasserhaushalt

  • Auftraggeber: Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
  • Bearbeiter: BAH-Berlin, BAH-München

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Der Bodenwasserhaushalt nimmt eine Schlüsselstellung für viele Fragen der Landnutzung und des Bodenschutzes ein. Auf der Grundlage repräsentativer Boden- und Klimadaten für den Freistaat Sachsen erfolgten deshalb Szenariosimulationen, um die Auswirkungen eines potenziellen Klimawandels auf den Wasserhaushalt repräsentativer Böden Sachsens besser abschätzen zu können.
Entsprechend der klimatischen Bedingungen in Sachsen wurden acht Klimastationen ausgewählt, denen jeweils sechs, für diese klimatischen Regionen typische, Leitbodenformen (SLULG, 2007) zugeordnet wurden. Als Klimaszenarien wurden die mit der Regionalisierungsmethodik WEREX IV auf der Grundlage des globalen Klimamodells ECHAM5 und dem SRES-IPCC-Emissionsszenario A1b für diese Standorte simulierten Normalreihen (nor) genutzt (CEC 2008). Diese Regionalisierungsmethodik verbindet ein objektives Wetterlagenkonzept mit Zeitreihensimulationen und nutzt langjährigen meteorologischen Messdaten an den Beobachtungsstationen des DWD. Für den Kontrolllauf wurde die Periode 1961-2000 genutzt. Dieser dient zur Kalibrierung und Validierung der Regionalisierungsmethodik an das Ist-Klima und erbrachte für die Mehrzahl der Attribute gute Ergebnisse.
Bezüglich der Landnutzung erfolgte eine Beschränkung auf die standardisierten Hauptnutzungsarten Ackerbau (konventionell), Grünland, Laubwald und Nadelwald ohne Berücksichtigung langfristiger Bewirtschaftungsmaßnahmen, jedoch bei Modellierung der Phänologie in Abhängigkeit von der Witterung. Durch diese Kombination ergeben sich insgesamt 192 Standortvarianten. Außerdem wurden gebietsmorphologische Eigenschaften wie z.B. mittlere Hangneigungen und typische Grundwasserflurabstände in den acht Landschaftsregionen berücksichtigt, da sie neben den vorab genannten Einflussgrößen stark den Bodenwasserhaushalt beeinflussen (Oberflächenabfluss, Interflow und Kapillaraufstieg).
Die Modellierung des Bodenwasserhaushaltes zur Abschätzung der klimatisch bedingten Veränderungen erfolgt mit dem deterministischen Modell ArcEGMO-PSCN in Tagesschrittweite. Eine Validierung dieses Simulationsmodells anhand der Messwerte zur Vegetationsentwicklung und der Bodenwasserdynamik der Lysimeterstation Brandis verlief erfolgreich. Neben der deterministischen Modellierung wurde das TU-BGR-Verfahren (Wessolek et al., 2004) angewendet. Dieser Methodenvergleich dient der weiteren Absicherung der ermittelten Ergebnisse. Beide Modelle kommen zu vergleichbaren Simulationsergebnissen, auch wenn es methodisch bedingte Unterschiede gibt.
Entsprechend der Normalvariante von WEREX IV A1b nehmen im langjährigen Mittel die Niederschläge in Sachsen um 2-13 % ab (18 mm/a in Plauen und 92 mm/a in Görlitz). Das Verdunstungspotenzial (Grasreferenzverdunstung) steigt um 11-19 % an (60-91 mm/a). Daraus ergeben sich für Plauen die geringsten Änderungen mit einem Rückgang der klimatischen Wasserbilanz um 78 mm/a und für Görlitz mit 161 mm/a der höchste Rückgang.
In Abhängigkeit von der Ausgangssituation wirken sich diese absoluten Veränderungen sehr unterschiedlich aus. An den Hochlagenstandorten Fichtelberg und Marienberg mit heute hohen klimatischen Wasserbilanzen (800 bzw. 400 mm/a) werden auch 2100 positive Jahresbilanzen erwartet, auch wenn erstmals für Marienberg die Monatsbilanzen im Mai und Juni negativ ausfallen können. Hier, wie auch in Chemnitz, werden die Reaktionen stärker von den Bodeneigenschaften bestimmt, was sich in der größeren Streuung der prozentualen Veränderung der Transpirationsdefizite in der Periode 2066-2100 gegenüber dem Referenzzeitraum (1961-1995) zeigt. Die Veränderung der Sickerwasserraten ist ebenfalls wesentlich geringer als auf den Standorten mit der zukünftig deutlich schlechteren klimatischen Wasserbilanz.
Demgegenüber wird sich aber in den schon heute trockenen Regionen die Situation drastisch verschärfen. Schon für die Periode 1995-2030 ist in Torgau mit einer negativen jährlichen Wasserbilanz zu rechnen. In der Periode 2065-2100 liegt diese für alle untersuchten Standorte außer Fichtelberg, Marienberg und Chemnitz im negativen Bereich. Von April bis September werden hier die monatlichen klimatischen Wasserbilanzen im Mittel immer unter Null liegen.
Trockenstressbedingte Ertragseinbußen bei landwirtschaftlicher Nutzung sind in allen untersuchten Regionen auf Böden mit geringer Wasserspeicherkapazität (Braunerden, Ranker-Braunerden, Parabraunerden, Stagnogleye, ...) zu erwarten. Die Abflussspenden dieser Böden werden sich jedoch in geringerem Umfang verändern als in den Böden mit hoher Wasserspeicherkapazität. Es kommt aber zu einer Verschiebung der Aufteilung der Abflusskomponenten zu Lasten der Grundwasserneubildung. Damit besteht hier weiterhin ein hohes Risikopotenzial durch die schnellen Abflusskomponenten nach Starkregenereignissen.
Auf den Pseudegleyen ist auch unter den Bedingungen des A1b-nor-Szenarios auf den meisten Standorten die Versorgung der Feldfrüchte mit Bodenwasser nur mit geringen Einschränkungen gewährleistet. Wesentlich kritischer stellt sich die Situation unter forstlicher Nutzung dar. Hier geht einerseits die Sickerwassernachlieferung drastisch zurück, und außerdem steigt die Wahrscheinlichkeit von Dürreschäden.
Auf den grundwasserbeeinflussten Standorten ist zwar weitestgehend die Versorgung der Pflanzen mit Wasser gesichert. Das ist aber nur durch die Zehreigenschaft dieser Flächen gewährleistet. Somit ist mit einer drastischen Verschlechterung des Gebietswasserhaushaltes in den Bodenregionen 2, 4 und 6 (Flusslandschaften, Altmoränen, Lössregion) zu rechnen.
Große Veränderungen sind entsprechend des WEREX A1b-Szenarios erst in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts zu erwarten. Da jedoch heute schon die Jahresmitteltemperaturen stärker steigen als es durch das IPCC-Szenario A1b 2000 prognostiziert wurde, sollte bei der mittelfristigen Maßnahmenplanung auch diese Entwicklung nach 2050 berücksichtigt werden.
 

  1. Vortrag auf dem Workshop „Bodenschutz im Klimawandel II”, Dresden 27.-28.4.2009
  2. Abschlussbericht
  3. „Bodenatlas Sachsen – Ertragsauswirkungen des Klimawandels für verschiedene Böden“

Publikationen:

Literatur:

CLIMATE & ENVIRONMENT CONSULTING (CEC), 2008: Neuentwicklung von regional hoch aufgelösten Wetterlagen für den Freistaat Sachsen und Bereitstellung regionaler Klimaszenarios auf der Basis von globalen Klimasimulationen mit ECHAM5/MPI-OM T63L31 2010 bis 2100 für die Szenarios B1, A1B und A2 (WEREX IV), Abschlussbericht an das SLULG, Dresden.

SÄCHSISCHES LANDESAMT FÜR UMWELT, LANDWIRTSCHAFT UND GEOLOGIE (SLULG), 2007: Bodenatlas des Freistaates Sachsen im Übersichtsmaßstab 1: 200.000, Teil 4: Auswertungskarten zum Bodenschutz, DVD.

WESSOLEK, G., DUIJNISVELD, W.H.M., TRINKS, S. 2004. Ein neues Verfahren zur Berechnung der Sickerwasserrate aus dem Boden: Das TU-BGR-Verfahren. In: Bronstert, A. et al. (Hrsg.): Wasser- und Stofftransport in heterogenen Einzugsgebieten. Forum für Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 05.04, Band 1, 135-145.

 

 

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