Untersuchung des Klimawandels abseits der Messstationen

Durchschnittstemperatur einer Klimanormalperiode

Zu Beginn soll für einen beliebigen österreichischen Ort der Mittelwert der Temperatur berechnet werden. Als Beispiel wird hierfür der Ort Schladming (47.396444 °N, 13.684642 °E) ausgewählt. Er ist nicht im Klimamonitoringportal vertreten und hat keine eigene Messstation.

Die verwendeten Daten und deren Auswertung

Die mittlere Jahrestemperatur findet sich bereits berechnet im Datenportal unter dem SPARTACUS-Datensatz, der dort auch in jährlicher Auflösung vorliegt. Allerdings können dort nur die .net-cdf Files von ganz Österreich heruntergeladen werden. Daher wird als Alternative eine Gitterpunktzeitreihe der SPARTACUS-Monatsdaten heruntergeladen, und daraus in weiterer Folge die Mitteltemperatur einer Klimanormalperiode berechnet. Hierfür wird die von der WMO empfohlene, und im Showcase "Klimawandel an bestimmten Messstationen" vorgestellte, Vorgehensweise verwendet. Hierbei werden in einem ersten Schritt 12 Monatsmittel gebildet, und daraus die Durchschnittstemperatur der Klimanormalperiode.

Abbildung 1.1 zeigt die Ergebnisse dieses Schrittes. Durch die Einblendung der Monatsdaten verringert sich optisch die Zunahme der Jahresmitteltemperaturen. Zu beachten ist jedoch, dass zwischen dem kältesten (1962 mit 5,3 °C) und dem wärmsten (2014 mit 9,5 °C) Jahr eine Differenz von 4,2 °C der Jahresmitteltemperatur liegt. In rot wurden zwei Klimanormalperioden dargestellt. Jene von 1961 bis 1990 (im Mittel 6,7 °C) und jene von 1991 bis 2020 (im Mittel 8,1 °C). Die Zunahme der Temperatur unter Vergleich dieser zwei Klimanormalperioden beträgt daher 1,4 °C.

Die Verarbeitung und Darstellung der Daten wurde in diesem Fall mit der Programmiersprache Python 3 umgesetzt, lässt sich aber ebenso mit Tabellenverarbeitungsprogrammen wie Microsoft Excel bewerkstelligen.

Berechnung eines Trendes

Obwohl der Vergleich der im Basic-Abschnitt ausgewerteten Klimanormalperioden bereits einen Anstieg der mittleren Lufttemperatur zeigt, soll eine lineare Regression berechnet werden um den Anstieg quantitativ festzuhalten. Hierfür wird der idente Datensatz wie zur vorherigen Berechnung der Klimanormalperioden herangezogen.

Die lineare Regression

Die lineare Regression ist ein einfaches statistisches Werkzeug um eine Trendabschätzung einer Messreihe durchzuführen. Bildlich gesprochen repräsentiert sie jene Gerade, welche durch die vorhandenen Daten gelegt werden kann und hierbei die geringste mögliche Abweichung zu allen Datenpunkten gesamt betrachtet aufweist. Der genaue Rechenweg um zu der Geradengleichung dieser Linie zu kommen muss in mathematischer Fachliteratur nachgeschlagen werden, da der Rahmen eines Showcases hierfür nicht ausreichend ist.

Lineare Regressionen finden nicht nur in der Klimatlogie und Meteorologie Anwendung. Abhängig vom Einsatzgebiet gilt es Achtsamkeit bei der Interpretation zu bewahren. Vor allem im Zusammenhang dieser Auswertung ist es nicht zulässig, von der linearen Regression der Jahresmitteltemperatur zwischen 1961 und 2020 in Schladming auf Jahre vor oder nach dieser Periode zu schließen, da die Kenntnis über einen (annähernd) linearer Verlauf nicht vorliegt.

Das Ergebnis

Abbildung 2.1 zeigt das Ergebnis der linearen Regression. Im Gegensatz zu Abbildung 1.1 in Stufe 1 wurde auf die Einblendung der monatlichen MIttelwerte verzichtet, da diese den dargestellten Temperaturbereich auf der y-Achse stark erweitern und damit den Anstieg der Geraden egalisieren.

Die Angabe im linken oberen Eck des Plots verrät, dass die Jahresmitteltemperatur im Durchschnitt zwischen 1961 und 2020 an der Messstation um ca. 0,046 °C pro Jahr anstieg. Hochgerechnet auf 60 Jahre macht das eine Zunahme von 2,76 °C. Wie bereits erwähnt ist es nicht zulässig aufgrund dieses Trends auf eine Zeit vor 1961 oder nach 2020 zu schließen. Im Vergleich mit der Auswertung "Klimawandel an bestimmten Messstationen" zeigt sich, dass die Temperaturzunahme in Schladming stärker ausfällt als an der Station Bruck/Mur.