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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