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Thema: Gewässerökologie > Wassertemperatur > Grundlagen

Wassertemperatur
Grundlagen der Wassertemperaturauswertung in Vergangenheit und Zukunft


Stichprobenmessung der Wassertemperatur an einem Abflusspegel

Abb.: Stichprobenmessung der Wassertemperatur an einem Abflusspegel. © LfU

Wie der Abfluss ( Hydrologie > Grundlagen > Langzeitverhalten ) kann auch die Wassertemperatur durch Messungen erfasst werden. Um zu beurteilen, wie sich die Gewässertemperatur in der Vergangenheit
( Langzeitverhalten ) verändert hat, sind in KLIWA vor allem die kontinuierlich durchgeführten Messungen interessant. Diese finden in aller Regel automatisiert an Abflusspegeln statt. Die Messungen liegen in der KLIWA-Region in unterschiedlicher Qualität und für unterschiedlich lange Zeiträume vor: In einem dichten Messnetz in Baden-Württemberg und Bayern seit etwa 1980 oder länger, längere Zeitreihen gibt es z.T. in Rheinland-Pfalz.

Grundlage der Auswertungen ist für gewöhnlich ein Tageswert der Wassertemperatur. Vergleichbar mit den Kennwerten der Abflussmessungen werden aus diesen täglichen Werten mittlere, minimale und maximale monatliche oder jährliche Wassertemperaturen gebildet. Ebenso interessant ist, wie häufig bestimmte Werte der Wassertemperatur über- oder unterschritten werden und wie lang die jeweilige Über- oder Unterschreitung andauert.

Zu Beginn der regelmäßigen Wassertemperaturmessungen maß man einmal täglich zu einem festgelegten Zeitpunkt, beispielsweise 8 Uhr oder 12 Uhr. Seit der Einführung von automatischen Messstationen erfolgt die Messung in einem engeren zeitlichen Abstand von einer Stunde. So können auch Tagesmittel-, Höchst- und Niedrigstwerte der Wassertemperatur betrachtet werden. Das erlaubt eine noch genauere Auswertung des Temperaturverhaltens in den Gewässern.

Kennwerte der täglichen Wassertemperatur

Abb.: Kennwerte der täglichen Wassertemperatur.
Zur Beurteilung der Wassertemperaturänderungen in der Vergangenheit berechnet man deren Entwicklungsrichtung und -stärke (Trend) sowie die Belastbarkeit der Aussage (Signifikanz), ähnlich wie beim Abfluss ( Hydrologie > Grundlagen > Langzeitverhalten ). Allerdings eignet sich ein einzelnes Trendberechnungsverfahren nicht immer gleich gut für die verschiedenen Wassertemperatur-Kenngrößen, wie Mittelwerte oder Überschreitungshäufigkeiten. In der aktuellsten Auswertung der Wassertemperaturtrends in Baden-Württemberg und Bayern wurde demnach jeweils ein statistisches Verfahren gewählt, das für die einzelnen Kenngrößen am geeignetsten erschien.

Eine Herausforderung in der Auswertung besteht darin, dass die Fließgewässer in Süddeutschland häufig wasserwirtschaftlich überprägt sind. Beispielsweise werden durch Wärmeeinleitungen, den Aufstau von Fließgewässern oder Zu- und Ableitungen teilweise ganz andere Wassertemperaturen gemessen als natürlicherweise auftreten würden. Daher eignen sich besonders gering beeinflusste Temperaturmessstellen für die Auswertung in KLIWA. Die Beeinflussungen sind bei der Interpretation der Ergebnisse zu berücksichtigen.

Ein genauerer Blick in die Zukunft gelingt – wie für den Abfluss auch bei der Wassertemperatur –mit der Hilfe von Modellen. Sie ermitteln die zukünftigen Wassertemperaturen aus regionalen Klimaprojektionen
( Klima > Grundlagen > Zukünftige Veränderungen ).
In den aktuellen Betrachtungen verfolgen die KLIWA-Länder dabei unterschiedliche Ansätze: Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz verwenden ein gekoppeltes Wasserhaushalts-Wasserwärmemodell, welches auf physikalischen Prozessen basiert. Bayern nutzt dagegen bisher einen einfacheren Ansatz, der auf statistisch ermittelten Zusammenhängen zwischen Luft- und Wassertemperatur basiert. Beiden Ansätzen gemein ist, dass sie Ergebnisse auch für Gewässerabschnitte bieten, die keine Messpunkte besitzen.

Modellkette zur Bildung von Wassertemperaturprojektionen

Abb.: Modellkette zur Bildung von Wassertemperaturprojektionen.
Genauere Informationen zur Methodik der Wassertemperaturmodellierung und zu deren Ergebnissen bietet unter anderem der Beitrag von Herrn Haag „Regionalisierung und Simulation der Wassertemperatur“ in KLIWA-Heft 22.