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Was ist eigentlich normal beim Klima - von Referenzperioden und Normwerten
«Der Februar brachte in vielen Gebieten der Schweiz deutlich unterdurchschnittliche Niederschlagsmengen» oder «die Schweiz hat sich seit der vorindustriellen Zeit um rund 2 Grad erwärmt». In der Einordnung und Kommunikation aktueller Ereignisse und Zustände werden in der Klimatologie Vergleiche mit der näheren oder entfernteren Vergangenheit angestellt. Dabei kommen verschiedene sogenannte Referenz- oder Normperioden zum Einsatz. Aktuell steht der Wechsel bei der jüngsten Referenzperiode von 1981–2010 zu 1991–2020 an. Hier erklären wir, welche Perioden an der MeteoSchweiz wie, wann und warum verwendet werden.
Das Klima der Schweiz ist bestimmt durch ihre geographische Lage und die komplexe Topographie, welche sich von rund 200 m bis über 4500 m ü.M. erstreckt. Es zeigen sich je nach Region und Höhe grosse, klimatische Unterschiede mit zum Teil ausgeprägtem Jahresgang. Aber auch am gleichen Ort und zur gleichen Jahreszeit sind die Bedingungen nicht jedes Jahr dieselben. Mal ist ein Sommer feucht und kühl, mal heiss und trocken, manchmal will es nicht richtig Winter werden, während in einem anderen Jahr Seen gefrieren oder Schnee in grossen Mengen fällt. Um das Klima einer Region oder eines Ortes zu beschreiben, gilt es, die Beobachtungen und Messungen über einen längeren Zeitraum zu analysieren. Damit können mittlere Zustände und mögliche Schwankungen bestimmt und beschrieben werden. Solch längere Zeiträume werden in der Klimatologie Referenz- oder Normperioden genannt.
Was ist ein Normwert – zwei Beispiele
Betrachten wir einmal die Anzahl Sonnenstunden im April in Locarno (Abbildung 1a). In der Normperiode 1981–2010 lag die gemessene Sonnenscheindauer häufig zwischen 160 und 200 Stunden. Allerdings gab es in diesem Zeitraum auch einen trüben April mit weniger als 80 Stunden, während im heitersten Monat die Sonne mehr als 300 Stunden schien. Der Mittelwert von 184h der Periode 1981–2010 wird als Normwert bezeichnet. Die tiefen und hohen Werte zeigen die Spannbreite oder Variabilität des Klimas in Locarno. Genau gleich geht die Analyse für andere Messgrössen wie z.B. den Niederschlag. In Basel fielen in der Normperiode 1981–2010 im August häufig zwischen 60 und 100 l/m2 Niederschlag (Abbildung 1b). Allerdings wiesen zwei Monate auch weniger als 20 l/m2 auf und in einem Monat wurden mehr als 180 l/m2 gemessen. Der Normwert liegt bei 80 l/m2.
Warum Normperioden von 30 Jahren und welche 30 Jahre?
Bei der Wahl der Normperioden orientieren sich alle Wetterdienste an den Vorgaben und Empfehlungen der Weltorganisation für Meteorologie (WMO). Gemäss einer seit 1935 bestehenden Definition werden zur Erfassung des Klimas und seiner Änderungen Mittelwerte über einen einheitlichen Zeitraum von 30 Jahren betrachtet. Die internationale Koordination ist wichtig, um das Klima und die klimatologischen Aussagen der verschiedenen Wetterdienste über die Landesgrenzen hinweg miteinander vergleichen zu können. Die Auswertung über 30-jährige Perioden stellt sicher, dass möglichst die gesamte natürliche Variabilität in die Berechnung der Mittelwerte einbezogen wird.
Normwerte charakterisieren also das Klima an einem Ort in einer bestimmten Periode. In Neuchâtel beispielsweise lag die Monatsmitteltemperatur in der Periode 1981–2010 im Januar durchschnittlich bei 1.2 °C, wobei die Temperatur im Mittel an 17.5 Tagen unter 0 °C fiel (Frosttage). Übers Jahr erreichte die Temperatur im Durchschnitt an 44 Tagen mindestens die 25 °C-Marke (Sommertage) und es fielen typischerweise 978 l/m2 Niederschlag. Im Schnitt wurden an 13.4 Tagen im Winter mindestens 1 cm Neuschnee gemessen.
Normwerte werden auch dazu verwendet, Aussagen zum erwarteten Klima einer Region ausserhalb der ausgewerteten Periode zu machen. In Reiseführern wird zum Beispiel mit Normwerten vergangener Zeiten die Vorfreude auf viele Sonnentage oder warmes Badewetter im kommenden Sommer geweckt. Und in der Baubranche ist es beispielsweise wichtig zu wissen, mit welcher Schneelast für Dächer oder welchen Hitzeperioden für Kühlsysteme in naher Zukunft gerechnet werden muss. Um die langfristigen klimatischen Änderungen zu berücksichtigen, werden die Normperioden durch die WMO deshalb regelmässig angepasst, damit die Normwerte das aktuelle Klima einer Region auch angemessen beschreiben. Nachdem in der Vergangenheit eine Aktualisierung der Periode nur alle 30 Jahre stattfand (1931–1960, 1961–1990), hat der markante Klimawandel der letzten Jahrzehnte die WMO dazu veranlasst, eine Verkürzung des Anpassungsrhythmus auf 10 Jahre vorzuschlagen (1981–2010, 1991–2020). Seit dem 1. Januar 2013 setzt MeteoSchweiz diese Empfehlung um und verwendet die jeweils jüngste, abgeschlossene Periode für die Einordnung der aktuellen Witterung. Die Periode 1961-1990 wird gemäss Empfehlung der WMO als Referenzperiode für die Beobachtung der langjährigen Klimaentwicklung beibehalten.
Mit dem vergangenen Jahreswechsel wurde die neuste WMO-Normperiode 1991–2020 abgeschlossen. Beim Betrachten der Jahresmitteltemperaturen in der Schweiz seit 1864 wird deutlich, dass das Nachschieben der Normperiode insbesondere bei der Temperatur wichtig ist, um das aktuelle Klima in der Schweiz gut zu beschreiben. Die landesweite Durchschnittstemperatur hat sich in den letzten 10 Jahren um weitere 0.4 °C erhöht. Seit der vorindustriellen Zeit, die in der Schweiz im Zusammenhang mit dem Klimawandel mit der Periode 1871–1900 beschrieben wird, ergibt dies einen Temperaturanstieg im Jahresmittel von knapp 2 °C.
Die neue Normperiode 1991–2020 bei MeteoSchweiz
MeteoSchweiz wird im Laufe des Jahres 2021 die Datengrundlage aufarbeiten, um bei den betroffenen Produkten und klimatologischen Analysen auf die neue Normperiode 1991–2020 umstellen zu können. Dabei stellen wir sicher, dass die Messreihen aller wichtiger Messgrössen homogen und frei von unnatürlichen Einflüssen sind, bevor sie für andere Produkte wie Gitterdaten oder Klimaanalysen verwendet werden. Sobald die Normwerte basierend auf den bereinigten Zeitreihen in der zweiten Jahreshälfte vorliegen, werden wir sie auf unserer Homepage zur Verfügung stellen. Zudem werden wir die Unterschiede zwischen der alten und neuen Normperiode für verschiedene Messgrössen verteilt auf alle Landesteile und Höhenlagen genau analysieren und darüber informieren. Die generelle Umstellung unserer Produkte im Internet und bei der klimatologischen Einordnung der aktuellen Witterung im Klimabulletin von 1981–2010 auf 1991–2020 wird im Januar 2022 abgeschlossen sein.