Veränderung der Gesamtwasserspeicherung in Deutschland

Die Auswertungen der GRACE und GRACE-FO-Zeitreihen haben gezeigt, dass in Deutschland die Gesamtwasserspeicherung (TWS) im rund 20-jährigen Beobachtungszeitraum seit 2002 insgesamt um 15,2 Kubikkilometer abgenommen hat (siehe Grafik zu Zeitreihen unten). Zum Vergleich: Der Wasserverbrauch aller Sektoren – Industrie, Landwirtschaft, Privathaushalte – in Deutschland beträgt rund 20 Kubikkilometer pro Jahr. Die Abnahme verläuft jedoch nicht gleichmäßig. In den TWS-Zeitreihen für Deutschland zeigt sich als deutlichstes Muster zunächst eine jahreszeitliche Schwankung der Wasserspeicherung mit den höchsten Werten zum Ende des Winters nach Monaten mit Niederschlag und geringer Verdunstung. Die geringsten Werte der Wasserspeicherung im Jahr treten am Ende des Sommers nach einer Zehrung der Wasserspeicherung durch die sommerliche Verdunstung auf. Diese jahreszeitlichen Schwankungen betragen rund 40 Kubikkilometer, sie sind mengenmäßig also größer als die langfristige Abnahme. 

Mit GRACE und GRACE-FO können genaue Aussagen über die Änderungen der GesamtwasserspeicherungDie Gesamtmenge des auf den Landmassen der Erde vorhandenen Wassers wird als Gesamtwasserspeicherung (TWS) bezeichnet. Wichtige Beiträge zum Gesamtspeicher sind Schnee, Eis (in Gletschern und Eisschilden), Oberflächenwasser (in Flüssen, Seen, Feuc... der Erde gemacht werden. Aber auch abgegrenzte kleinere Regionen können betrachtet werden. Die räumliche Auflösung der Messmethode liegt bei etwa 300 x 300 Kilometer, sodass für Gebiete ab einer Fläche von rund 100.000 km² verlässliche Aussagen getroffen werden können. Das entspricht in etwa der gemeinsamen Größe von Bayern und Baden-Württemberg. Auf Grund der Beobachtungsmethodik der SatellitengravimetrieVerfahren zur Vermessung des Erdschwerefeldes mittels Satelliten. In den vergangenen 20 Jahren wurden verschiedene moderne Varianten realisiert: (1) Laufzeitmessungen zwischen hochfliegenden GPS-Satelliten und einem tieffliegenden Satelliten (high-lo... lassen sich die Datenflächen jedoch nicht scharf abgrenzen, denn der Einfluss der Schwerkraft auf die Satelliten ist nicht auf klar definierte Segmente der Erde rückführbar, wie etwa bei einem klassischen Satellitenbild. Für Deutschland beispielsweise überlagert der Schwerefeldeffekt der in Österreich, Schweiz und Frankreich liegenden abschmelzenden Alpengletscher auch die Messungen der Wasserspeicherung im Alpenvorland. Diese Effekte müssen berücksichtigt und korrigiert werden. 

Weiterhin werden in den Daten der GesamtwasserspeicherungDie Gesamtmenge des auf den Landmassen der Erde vorhandenen Wassers wird als Gesamtwasserspeicherung (TWS) bezeichnet. Wichtige Beiträge zum Gesamtspeicher sind Schnee, Eis (in Gletschern und Eisschilden), Oberflächenwasser (in Flüssen, Seen, Feuc... von Deutschland hydro-meteorologische Extremereignisse sichtbar. Das Jahr 2002 war von sehr hohen Niederschlägen und HochwasserHochwasser sind immer wieder auftretende natürliche Ereignisse, die durch ein komplexes Zusammenspiel meteorologischer und hydrologischer Prozesse entstehen. Hochwasser wird der Zustand bei Gewässern genannt, bei dem sich der Wasserstand oder der A...ereignissen insbesondere in Süd- und Ostdeutschland geprägt und sticht mit den höchsten TWS-Werten im gesamten Beobachtungszeitraum hervor. Gefolgt wurde es vom Hitzesommer 2003, der zu einem im Vergleich außergewöhnlich starken Rückgang der Wasserspeicherung durch sehr hohe Verdunstungsraten während des Sommers 2003 geprägt war. Einem anschließend eher stabilen Verlauf der Wasserspeicherung folgte ab etwa 2015 ein allmählicher Rückgang von TWS in Deutschland. Mit der Abfolge trockener Jahre ab 2018 erreichte die Wasserspeicherung im Spätsommer von 2018, 2019 und 2022 die niedrigsten Werte in der Beobachtungsperiode. Die Beobachtungen zeigen, dass ein Zwischenjahr mit höheren Niederschlägen wie 2021 nicht ausreicht, um die Defizite der Wasserspeicherung, die sich über den längeren Zeitraum angesammelt haben, wieder auszugleichen.

Rechnerisch wurde über den rund 20-jährigen Beobachtungszeitraum ein Trend mit einer Abnahme der Wasserspeicherung in Deutschland von 760 Millionen Kubikmetern pro Jahr beobachtet. Dieser Wert kann jedoch variieren, je nachdem, welches GRACE-Datenprodukt man betrachtet: Die Ergebnisse verschiedener Prozessierungszentren von GRACE-Daten unterscheiden sich voneinander und weisen darauf hin, dass die Beobachtungen und ihre Auswertungen mit Unsicherheiten belegt sind. Diese Unsicherheiten müssen in der Interpretation berücksichtigt werden. Weiterhin traten in den zwanzig Jahren der bisherigen Datenerhebung einige auffällige Extreme auf, insbesondere auch eine starke positive Anomalie der Wasserspeicherung zu Beginn der Aufzeichnungen und die negativen Anomalien zum Ende der Beobachtungsperiode. Diese beeinflussen die Trendschätzung, sodass eine Aussage zu einem künftigenTrend nur eingeschränkt getroffen werden kann. Die bisherige 20-jährige Beobachtungsperiode ist noch zu kurz, um daraus gesichert eine langfristige Entwicklung ableiten zu können. 

Die Daten von GRACE und GRACE-FO zeigen auch über Deutschland hinaus für weite Teile Europas die Auswirkung der niederschlagsarmen Jahre ab 2018. Die räumlichen Muster der Defizite der Wasserspeicherung in Europa sind unterschiedlich für die verschiedenen Dürrejahre. Insgesamt zeigt sich aber ein verbreiteter Rückgang der Wasserspeicherung über den Beobachtungszeitraum hinweg. Unterschiede in den räumlichen Mustern zu anderen Dürreindikatoren wie zum Beispiel auf der Basis von Bodenfeuchtedaten zeigen darüber hinaus den zusätzlichen Informationsgehalt der GRACE/ GRACE-FO-Beobachtungen der GesamtwasserspeicherungDie Gesamtmenge des auf den Landmassen der Erde vorhandenen Wassers wird als Gesamtwasserspeicherung (TWS) bezeichnet. Wichtige Beiträge zum Gesamtspeicher sind Schnee, Eis (in Gletschern und Eisschilden), Oberflächenwasser (in Flüssen, Seen, Feuc..., die auch die Dynamik in tiefen Bodenschichten und im Grundwasser abbilden. 

Text: Prof. Dr. Andreas Güntner, GFZ & Dr. Julian Haas, GFZ