2. Klima der Region – Zustand, bisherige Entwicklung und mögliche Änderungen bis 2100

Die mittlere jährliche Anzahl der Tage mit Schneedecke liegt in der Metropolregion Hamburg zwischen 12 Tagen auf Helgoland und 25 Tagen im Bereich der Lüneburger Heide (Tab. 2.6, Station Amelinghausen). Sie nimmt mit zunehmender Entfernung von der Nordseeküste zu und zeigt damit den mildernden Einfluss des Meeres in den Wintermonaten. Im Vergleich zum Zeitraum 1971–2000 (Rosenhagen und Schatzmann 2011) nahm die Anzahl der Tage mit Schneedecke in Hamburg um 5 zu. Dazu trug insbesondere das schneereiche Jahr 2010 bei, das mit 97 Tagen (davon 31 im Januar und 26 im Februar) den Höchstwert des Zeitraums 1971–2000 mit 72 Tagen (1979) deutlich übertraf.

Insbesondere im Bereich der Ostseeküste kann es in Kombination von starken Schneefällen und hohen Windgeschwindigkeiten zu folgenreichen Schneeverwehungen kommen. Das stärkste Ereignis der letzten Jahrzehnte war der blizzardartige Wintereinbruch zum Jahreswechsel 1978/79, der mit meterhohen Schneeverwehungen und fast flächenhaft blockiertem Verkehr verbunden war. Eine teilweise vergleichbare Entwicklung gab es im Bereich der Sturmtiefs DAISY im Januar 2010. Auch hier kam es zu von der Außenwelt abgeschnittenen Dörfern, gesperrten Autobahnen sowie unterbrochenen Zug- und Fährverbindungen. Gleichzeitig trat an der Ostseeküste eine Sturmflut mit Schäden an Deichen und Infrastruktur auf (Booß et al. 2011).

Das BACC II Author Team (2015) stellt für den Ostseeraum eine Verlängerung der thermischen Vegetationsperiode fest. Dabei handelt es sich um die Anzahl der Tage zwischen thermischem Vegetationsbeginn (erstes Aufkommen von mindestens 6 aufeinanderfolgenden Tagen mit einer Durchschnittstemperatur über 5 °C) und thermischem Vegetationsende (erstes Aufkommen von mindestens 6 aufeinanderfolgenden Tagen mit einer Durchschnittstemperatur unter 5 °C im Winterhalbjahr). Chmielewski (2011) dokumentiert im 1. HKB für den Zeitraum 1961–2005 ebenfalls eine Verlängerung der thermischen Vegetationsperiode. Diese Verlängerung beträgt für Deutschland 25 Tage, wobei jedoch der Trend im Vegetationsbeginn (+19 Tage) wesentlich stärker ausfällt als beim Vegetationsende (+6 Tage). Der Norddeutsche Klimamonitor (Stand Oktober 2015) zeigt für Norddeutschland und für die Metropolregion Hamburg ebenfalls eine deutliche Verlängerung der thermischen Vegetationsperiode von etwa 3 Wochen seit 1950, wobei es in Norddeutschland deutliche regionale Unterschiede hinsichtlich des Ausmaßes der Verlängerung gibt (Meinke et al. 2014). Während sich die thermische Vegetationsperiode beispielsweise in Cuxhaven von 1952 bis 2010 um etwa 1,5 Monate (43 Tage) verlängert hat, fällt die Verlängerung der thermischen Vegetationsperiode auf dem Brocken mit zwei Wochen (14 Tage innerhalb des Zeitraums 1951–2010) deutlich kürzer aus.

Weiterhin bestätigen die Auswertungen im Norddeutschen Klimamonitor auch für Norddeutschland und für die Metropolregion Hamburg die Erkenntnis, dass die Verlängerung der thermischen Vegetationsperiode zum größten Teil auf eine deutliche Verfrühung des Vegetationsbeginns zurückzuführen ist. In diesem Zusammenhang kann die zeitliche Verlagerung des letzten Frosttages im Frühjahr relevant sein. Diese hat sich an allen im Norddeutschen Klimamonitor berücksichtigten Messstationen in Norddeutschland deutlich weniger verfrüht als der thermische Vegetationsbeginn. Aufgrund dieser unterschiedlichen Entwicklungen fallen Vegetationsbeginn und der letzte Frost an den jeweiligen Messstationen heute etwa 20–30 Tage weiter auseinander als vor 60 Jahren, wodurch das Spätfrostrisiko für die Vegetation höher geworden ist (Norddeutscher Klimamonitor (Stand Oktober 2015⁵), Meinke et al. 2014).

Mit der Erwärmung hat sich auch die Häufigkeit von Extremereignissen geändert. Rosenhagen und Schatzmann (2011) dokumentieren im 1. HKB eine Zunahme der Überschreitungswahrscheinlichkeit der 90 %-Perzentil-Schwelle der Lufttemperatur an verschiedenen deutschen Wetterstationen. Dabei zeigt sich auch in der Metropolregion Hamburg eine Häufigkeitszunahme höherer Temperaturen. Diese Trends sind – außer im Herbst – in allen Jahreszeiten im Zeitraum 1951–2000 statistisch signifikant. Zudem wird eine Studie von Riecke und Rosenhagen (2010) zitiert, in der anhand von Auswertungen der Station Hamburg-Fuhlsbüttel für den Zeitraum 1891–2007 eine Häufigkeitszunahme sowohl von Sommertagen (Temperaturmaximum ≥ 25 °C) als auch von heißen Tagen (Temperaturmaximum ≥ 30 °C) aufgezeigt wird. Eine entsprechende Auswertung bzgl. der Häufigkeitsänderungen von Eistagen (Temperaturmaximum < 0 °C) zeigt dagegen erwartungsgemäß einen abnehmenden Trend. Trusilova und Riecke (2015) bestätigen diese Ergebnisse für Hamburg für den Zeitraum 1951–2013 und stellen fest, dass hier die Anzahl der Sommertage in den Jahren 2001–2013 durchgängig über dem langjährigen Mittel von 1961 bis 1990 lag. Auswertungen im Rahmen des Norddeutschen Klimamonitors (Stand 2015⁶) bestätigen ebenfalls die Aussagen bzgl. der Häufigkeitsveränderungen von Temperaturkenntagen in Norddeutschland für den Zeitraum 1951–2010. Dabei wird deutlich, dass sich die Häufigkeitszunahme von Sommertagen und heißen Tagen vor allem in den Sommermonaten vollzogen hat. Im Frühjahr und Herbst sind diese hohen Temperaturmaxima nach wie vor selten. Eine entsprechende Auswertung der Eistage zeigt die stärkste Häufigkeitsabnahme im Winter. Bezüglich der Häufigkeit von Frosttagen (Temperaturminimum < 0 °C) ergeben sich jedoch auch im Frühjahr starke negative Trends im Zeitraum 1951–2010 (Meinke et al. 2014).

Untersuchungen von Imbery et al. (2015) zur jährlichen Häufigkeit einer 14-tägigen Hitzeperiode mit einem mittleren Tagesmaximum der Lufttemperatur von mindestens 30 °C für den Zeitraum 1950–2014 zeigen, dass in Hamburg solche Extremereignisse vor 1994 gar nicht auftraten, ab 1994 jedoch viermal. Insgesamt lässt sich festhalten, dass die bisherigen positiven Trends der Lufttemperatur und die bisherigen Trends der abgeleiteten Temperaturkenntage in der Metropolregion Hamburg seit 1980 mit den Trends der regionalen Klimaprojektionen konsistent sind (Norddeutscher Klimamonitor (Stand Oktober 2015⁷), vgl. Meinke et al. 2014). Schriebe man den bisherigen Trend seit 1981 gemäß dem Standarddatensatz coastDat-2 bis 2100 linear fort, läge die Änderung der durchschnittlichen Temperatur im Jahr bis Ende des 21. Jahrhunderts im Vergleich zur Referenzperiode (1961–1990) bei +3 °C. Diese Zunahme von +3 °C ist mit den regionalen Klimaprojektionen konsistent: Aufgrund menschlicher Treibhausgasemissionen lassen die Projektionen eine Zunahme von etwa +1 bis +5 °C bis 2100 plausibel erscheinen (vgl. Abschn. 2.4). Diese Konsistenz zwischen dem Trend bisheriger Änderungen und den Trends der regionalen Klimaprojektionen kann ein Indiz dafür sein, dass anthropogene Treibhausgasemissionen bereits zu der bisher stattgefundenen Erwärmung in der Hamburger Metropolregion beigetragen haben. In diesem Fall können die bisherigen Änderungen als Vorbote zu erwartender anthropogener Klimaänderungen gewertet werden (Meinke et al. 2014).

Die projizierten Änderungen der bodennahen Lufttemperatur für Simulationen der regionalen Klimamodelle CLM und REMO wurden für die Metropolregion Hamburg, für Niedersachsen und Deutschland konsistent ausgewertet (Jacob et al. 2012; Moseley et al. 2012; Rechid et al. 2014a, 2014b, 2014c, 2014d). Die Simulationen und Auswertemethoden sind ausführlich in Rechid et al. (2014a) beschrieben. Dort sind kontinuierliche Zeitreihen sowie die beiden Zeitscheiben 2036–2065 und 2071–2100 im Vergleich zum Zeitraum 1971–2000 ausgewertet. Die verschiedenen Realisierungen für ein Emissionsszenario zeigen Unterschiede der klimatologischen Jahresmitteltemperatur von bis zu 1 °C. Das verdeutlicht die durch natürliche interne Klimavariabilität verursachte Schwankungsbreite, wie sie in der Modellkette Globalmodell-Regionalmodell abgebildet wird. In allen Simulationen steigt die mittlere Jahrestemperatur für das Gebietsmittel der Metropolregion Hamburg an, zur Mitte des 21. Jahrhunderts um etwa 1–2 °C und zum Ende des Jahrhunderts um etwa 2 bis mehr als 3 °C. Dabei ist die Erwärmung im Winter mit 2–4 °C etwas stärker als im Sommer mit 1–3 °C. Werden allerdings regionale Klimaprojektionen auf der Basis von Simulationen mit verschiedenen Globalmodellen betrachtet – z. B. in BACC II Author Team (2015) im Vergleich zu 1961–1990 und in Jacob et al. (2014) im Vergleich zu 1971–2000 – , dann reicht die projizierte Temperaturänderung im Sommer von etwa 1 bis 4 °C.

In Abb. 2.6 sind die auf der Basis der EURO-CORDEX-Simulationen EUR-11 (Jacob et al. 2014) projizierten Änderungen der jährlichen bodennahen Lufttemperatur im Vergleich zum Zeitraum 1971–2000 als gleitendes 30-Jahres-Mittel (jeweils abgebildet auf das 30. Jahr) für das Gebietsmittel der Metropolregion Hamburg dargestellt. Die gesamte Bandbreite der simulierten jährlichen Temperaturänderungen mit dem EURO-CORDEX-Ensemble im Vergleich zu 1971–2000 beträgt für die Zeitperiode 2036–2065 etwa 1–2,5 °C und für 2071–2100 etwa 1–4 °C. Die Ergebnisse für Sommer, Herbst und Winter sehen sehr ähnlich aus, im Frühjahr ist die Erwärmung im Vergleich geringer (ohne Abb.). Im RCP2.6 kann zum Ende des Jahrhunderts eine Stabilisierung der Temperaturänderung im Jahresmittel um rund 1 °C erreicht werden. Insgesamt zeigt sich, dass zur Mitte des Jahrhunderts die Bandbreiten der projizierten Temperaturänderungen hauptsächlich durch die Verwendung unterschiedlicher Modelle und die simulierte interne Klimavariabilität bestimmt wird, zum Ende des Jahrhunderts werden sie zunehmend durch die Emissionsszenarien beeinflusst. Im Verlauf des Jahrhunderts unterscheiden sich die für das B1- und RCP2.6- sowie RCP4.5-Szenario simulierten Temperaturen immer deutlicher von den Ergebnissen für die A1B- und A2- sowie RCP8.5-Szenarien. Das bedeutet, dass durch eine Verminderung der Treibhausgasemissionen und damit geringere Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auch in der Metropolregion Hamburg deutlich geringere Temperaturänderungen zu erwarten sind.

Im Norddeutschen Klimaatlas (Meinke und Gerstner 2009) werden Spannbreiten der jeweiligen Änderungen bezogen auf 30-jährige Zeitfenster zwischen 2011 und 2100 durch Differenzen zur Referenzperiode 1961–1990 ausgedrückt und sind somit nicht direkt mit den oben beschriebenen Auswertungen vergleichbar. Dennoch ist davon auszugehen, dass sich bestimmte Aussagen in beiden Auswertungen gleichermaßen wiederfinden, sofern es sich um robuste Trends handelt. Entsprechend den Auswertungen im Norddeutschen Klimaatlas scheint in der Metropolregion Hamburg und in Norddeutschland bis Mitte des 21. Jahrhunderts (2036–2065) eine Erwärmung zwischen etwa 1 und 3 °C plausibel. Bis Ende des 21. Jahrhunderts (2071–2100) kann sich diese Region um etwa 1–5 °C erwärmen. Die Minima werden jeweils für Szenarien mit moderaten Treibhausgasemissionen projiziert (RCP2.6), während die Maxima dieser Spannbreiten für Szenarien mit hohen künftigen Treibhausgasemissionen abgebildet werden (RCP8.5). Somit werden die oben vorgestellten Auswertungen bestätigt und eingeordnet. Sowohl bis Mitte des Jahrhunderts als auch bis Ende des Jahrhunderts zeichnet sich den Auswertungen des Norddeutschen Klimaatlas zufolge die schwächste Erwärmung im Frühjahr ab. Bis Mitte des Jahrhunderts (2036–2065) können die mittleren Frühjahrstemperaturen je nach künftigem Treibhausgasausstoß nahezu unverändert bleiben bzw. bis etwa 3 °C ansteigen. Bis Ende des Jahrhunderts (2071–2100) sind Erwärmungen zwischen 0,7 und 4,5 °C im Frühjahr plausibel. Mit den stärksten jahreszeitlichen Erwärmungen ist im Sommer und im Herbst zu rechnen. Bis Ende des 21. Jahrhunderts können in dieser Jahreszeit die durchschnittlichen Temperaturen in der Hamburger Metropolregion und Norddeutschland um bis zu etwa 6 °C zunehmen. Gleichzeitig weisen diese Jahreszeiten auch die größten Spannbreiten plausibler Änderungen auf.

Die Verteilungen der täglichen Temperaturwerte in Rechid et al. (2014a) veranschaulichen, wie häufig welche Tagestemperaturen im heutigen und zukünftigen Klima auftreten. Eine markante Veränderung, die übereinstimmend in den Simulationen und Projektionszeiträumen von Rechid et al. (2014a) und BACC II Author Team (2015) auftritt, ist, dass im Winter die Anzahl sehr kalter und kalter Tage sehr viel stärker abnimmt als die Anzahl der milden Tage zunimmt. Das zeigt sich besonders deutlich bei der Auswertung der Perzentiländerungen. Die Verteilung der simulierten Tagesmitteltemperaturen im Winter wird danach im Zukunftsklima etwas schmaler. Auch die Auswertungen der thermischen Klimaindizes zeigen, dass niedrige Schwellenwerte deutlich seltener unterschritten werden, also Eis- und Frosttage seltener auftreten (Meinke et al. 2011; Rechid et al. 2014a). So zeigen auch die Auswertungen des Norddeutschen Klimaatlas, dass je nach Treibhausgasszenario Frosttage in der Hamburger Metropolregion gegen Ende des Jahrhunderts auf wenige Wochen beschränkt sein könnten und Tage, an denen das Temperaturmaximum 0 °C nicht überschreitet (Eistage), möglicherweise gar nicht mehr auftreten (Norddeutscher Klimaatlas (Stand Oktober 2015), Meinke und Gerstner 2009; Meinke et al. 2011). Die Anzahl der Tage mit Temperaturen von > 5 °C nimmt deutlich zu, was auf eine Verlängerung der thermischen Vegetationsperiode hindeutet. So könnte sich der thermische Vegetationsbeginn bis Ende des Jahrhunderts in der Hamburger Metropolregion um etwa 2–10 Wochen nach vorne verlagern und somit im Januar oder Februar liegen (vgl. Norddeutscher Klimaatlas; Meinke und Gerstner 2009; Meinke et al. 2011). Nach Rechid et al. (2014a) nehmen im B1-Szenario die Tageswerte der Temperatur im Sommer zur Mitte und zum Ende des Jahrhunderts gleichmäßig zu, d. h., die Häufigkeitsverteilung verschiebt sich weitgehend gleichmäßig zu höheren Temperaturen. Für das A1B- und das A2-Szenario zeigt sich dagegen zur Mitte und noch ausgeprägter zum Ende des Jahrhunderts ein etwas stärkerer Anstieg der höheren Perzentile, also der warmen bis heißen Tage, im Vergleich zu den niedrigeren Perzentilen, also den vergleichsweise kühlen Tagen. Dadurch wird die Verteilung auftretender Temperaturwerte etwas breiter, d. h., die Temperaturen können im Sommer stärker schwanken und warme und heiße Tage sehr viel häufiger auftreten. Das zeigen auch die Auswertungen in Rechid et al. (2014a) zu den Klimaindizes. Eine deutlich höhere Anzahl an Tagen erreicht oder überschreitet die 25 °C-Schwelle (Sommertage), und auch heiße Tage mit einer Maximumtemperatur von 30 °C und mehr treten häufiger auf. Auch die Auswertungen im Norddeutschen Klimaatlas weisen in diese Richtung. So könnte sich bei starkem Anstieg künftiger Treibhausgasemissionen die Anzahl der Sommertage bis Ende des 21. Jahrhunderts in der Metropolregion Hamburg etwa verdoppeln, während heiße Tage dann ungefähr so häufig auftreten könnten wie gegenwärtig die Sommertage. Auch tropische Nächte (T_min ≥ 20 °C) könnten in Zukunft bis zu viermal in jedem Jahr auftreten (vgl. Rechid et al. 2014a). Die Auswertungen im Norddeutschen Klimaatlas lassen bei starkem künftigem Treibhausgasausstoß (RCP8.5) Ende des Jahrhunderts sogar Jahre mit bis zu 34 tropischen Nächten plausibel erscheinen (Meinke und Gerstner 2009; Meinke et al. 2011). Werden Treibhausgasemissionen künftig jedoch nennenswert reduziert, kann die Häufigkeitszunahme von Sommertagen und heißen Tage bis Ende des Jahrhunderts auf wenige Tage begrenzt und die Häufigkeit tropischer Nächte sogar unverändert bleiben (Norddeutscher Klimaatlas (Stand Oktober 2015); Meinke und Gerstner 2009; Meinke et al. 2011).

Entsprechend den hier dokumentierten Ergebnisse liegt Konsens hinsichtlich einer Erwärmung im Laufe des 21. Jahrhunderts in der Metropolregion Hamburg vor. Bei weltweit erfolgreicher Umsetzung von Klimaschutzmaßnahmen kann die Erwärmung in dieser Region im Vergleich zum heutigen Temperaturniveau auf 1 °C bis Ende des Jahrhunderts begrenzt werden. Gelingt dies jedoch nicht, ist künftig mit einer beschleunigten Erwärmung zu rechnen, die bis Ende des Jahrhunderts in der Hamburger Metropolregion bis etwa +5 °C erreichen kann. Zudem können sich die Temperaturextrema hin zu einem wärmeren Klima mit mehr heißen Tagen und weniger Frosttagen verschieben. Diese Aussagen bestätigen im Wesentlichen die dokumentierten Erkenntnisse des 1. HKB. Es zeichnet sich jedoch ab, dass sich mit einer zunehmenden Zahl von regionalen Klimaprojektionen die Spannbreiten von plausiblen Änderungen für die MRH erweitern. Auch die im Vergleich zu anderen Jahreszeiten eher moderate Erwärmung im Frühjahr ist mit den Aussagen des 1. HKB konsistent.

Projizierte Änderungen des Niederschlags für die Metropolregion Hamburg auf Basis der SRES-Szenarien (s. o.) wurden in Rechid et al. (2014a) konsistent ausgewertet. Dort nimmt der Jahresniederschlag ab der Zeitperiode 2015–2045 in allen Simulationen zu, zum Ende des Jahrhunderts mit Werten zwischen 5 und 20 %. Die Zeitreihen zeigen eine hohe interannuelle und dekadische Variabilität des Niederschlags, die im Winter größer ist als im Sommer. Zur Mitte des Jahrhunderts liegen im Sommer die Ergebnisse aller Simulationen innerhalb von ca. −10 bis +9 % und damit etwa innerhalb der natürlichen Schwankungsbreite. Zum Ende des Jahrhunderts liegt im Sommer die Spannbreite zwischen etwa −20 und +5 %. Werden allerdings regionale Klimaprojektionen basierend auf Simulationen mit verschiedenen Globalmodellen betrachtet (z. B. BACC II Author Team 2015; Jacob et al. 2014), dann reicht in der Metropolregion Hamburg die Bandbreite der mittleren Niederschlagsänderungen im Sommer zum Ende des 21. Jahrhunderts von etwa −30 bis +20 %. In Abb. 2.7 sind die auf der Basis der EURO-CORDEX-EUR-11-Simulationen projizierten prozentualen Änderungen des Niederschlags im Vergleich zum Zeitraum 1971–2000 für den Winter als gleitendes 30-Jahres-Mittel (jeweils abgebildet auf das 30. Jahr) für das Gebietsmittel der Metropolregion Hamburg dargestellt, in Abb. 2.8 findet sich die entsprechende Darstellung für die Niederschlagsänderung im Sommer. Auch hier zeigt sich die hohe dekadische Variabilität, die auch in den 30-jährigen Mittelwerten deutlich zu sehen ist. Für den Winter zeigen fast alle Simulationen eine Niederschlagszunahme mit einer Bandbreite von leicht negativen Werten bis etwa +30 % zum Ende des Jahrhunderts im Vergleich zu 1971–2000. Im Sommer hingegen zeigen etwa gleich viele Simulationen eine Zunahme wie Abnahme. Für eine einzelne Simulation wird bis etwa +40 % Niederschlag zum Ende des Jahrhunderts simuliert, sonst etwa zwischen −20 und +20 % (Abb. 2.8).

Großräumig betrachtet verläuft im Sommer durch Deutschland im Ensemble-Mittel der Übergangsbereich von abnehmenden Niederschlägen in Südwesteuropa und zunehmenden Niederschlägen in Nordeuropa (Jacob et al. 2014).

Die Auswertungen im Norddeutschen Klimaatlas (Stand Oktober 2015, Meinke und Gerstner 2009) bestätigen im Wesentlichen die oben beschriebenen möglichen Niederschlagentwicklungen im 21. Jahrhundert: Auf Basis des gemischten Ensembles von regionalen SRES-Szenarien (A2, A1B, B2 und B1) und RCP-Szenarien (CORDEX-EUR-44- und EUR-11-Simulationen) sind in der Metropolregion Hamburg bis Ende des 21. Jahrhunderts (2071–2100) im Vergleich zum Referenzzeitraum 1961–1990 jährliche Niederschlagszunahmen um bis zu etwa 30 % plausibel, wobei auch eine leichte Abnahme der jährlichen Niederschlagsmenge von 8 % bis Ende des Jahrhunderts nicht auszuschließen ist. Die größte Übereinstimmung der 123 regionalen Klimaszenarien hinsichtlich jahreszeitlicher Niederschlagsänderungen bis Ende des Jahrhunderts liegt im Winter mit Zunahmen von bis zu 41 % vor. Im Sommer weisen viele regionale Projektionen auf Abnahmen hin, die bis zu 45 % betragen können. Wie sich bereits bei den oben beschriebenen Ensemble-Auswertungen abzeichnet, ist die Entwicklung des Sommerniederschlags in der Hamburger Metropolregion jedoch unklar, da die Modellsimulationen Niederschlagsentwicklungen mit unterschiedlichen Vorzeichen projizieren. Demnach sind aus heutiger Sicht bis Ende des Jahrhunderts auch deutliche sommerliche Niederschlagszunahmen von bis zu 47 % plausibel. Auch in den anderen Jahreszeiten weisen die Simulationen bzgl. der Niederschlagsentwicklung unterschiedliche Vorzeichen auf, sodass die künftige Niederschlagsentwicklung aus heutiger Sicht unklar bleibt. Maximale Änderungen werden aber auch beim Niederschlag für Szenarien mit hohen künftigen Treibhausgasemissionen projiziert (Norddeutscher Klimaatlas; Meinke und Gerstner 2009; Meinke et al. 2011).

Um räumlich differenzierte Aussagen zu projizierten Niederschlagsänderungen zu treffen, kann eine Analyse zur Robustheit der simulierten Änderungssignale z. B. nach Pfeifer et al. (2015) oder nach Meinke (2013) durchgeführt werden. Nach dieser Methode werden die Übereinstimmung der Modellergebnisse in der Richtung des Änderungssignals und die Signifikanz der Ergebnisse für jede Simulation untersucht und daraus eine Aussage zur Robustheit der projizierten Änderungen auf Basis jeweils eines konsistenten Modellensembles abgeleitet. Für den mittleren Sommerniederschlag kann danach für kein Gebiet in der Metropolregion Hamburg eine robuste Veränderung für die verschiedenen Szenarien und Modellensembles gezeigt werden. Für den mittleren Winterniederschlag werden auf Basis der EURO-CORDEX-EUR-11-Simulationen für RCP8.5 robuste Zunahmen gegen Ende des 21. Jahrhunderts projiziert, auf Basis der ENSEMBLES-Simulationen für SRES A1B hingegen schon zur Mitte des 21. Jahrhunderts (Pfeifer et al. 2015).

Die Verteilung der Niederschlagswerte im Jahr und in den Jahreszeiten, die an Tagen mit mehr als 1 mm Niederschlag auftreten, wurden in Rechid et al. (2014a) auf Basis der REMO- und CLM-Simulationen ausgewertet. Dabei zeigt sich für den Winter in allen Simulationen eine generelle Zunahme aller Tagesniederschlagswerte und besonders zum Ende des Jahrhunderts mit einer Tendenz zur stärkeren Zunahme hoher Niederschlagsmengen. Auch auf Basis der ENSEMBLES-Projektionen konnte eine Zunahme des 95. Perzentils der Tagesniederschläge gezeigt werden (Rudolf 2011). Im Sommer wird zum Ende des 21. Jahrhunderts in allen Simulationen eine Abnahme der Niederschlagsmengen an Tagen mit leichten bis mittleren Niederschlagsintensitäten projiziert. An Tagen mit hohen Niederschlagsmengen zeigt sich dagegen eine Zunahme der Niederschläge. Nach Auswertungen im Norddeutschen Klimaatlas (Stand Oktober 2015) ist die Häufigkeitsentwicklung von Tagen mit mindestens 1 mm Niederschlag unklar, da die jahreszeitlichen und jährlichen Trends in den einzelnen Simulationen unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Bei der Häufigkeitsentwicklung von Niederschlagstagen mit mehr als 10 bzw. 20 mm Niederschlag pro Tag stimmen die Simulationen jedoch in allen Jahreszeiten außer im Sommer in einer möglichen Zunahme überein.

Entsprechend den hier dokumentierten Ergebnissen bzgl. der möglichen zukünftigen Niederschlagsentwicklung in der Metropolregion Hamburg lässt sich dahingehend Konsens ableiten, dass die plausiblen Trends große Spannbreiten und unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Vor allem im Sommer und im Winter muss künftig mit deutlich veränderten Niederschlagsmengen gerechnet werden. Bei geringem Treibhausgasausstoß sind auch beim Niederschlag geringere Änderungen zu erwarten. Insgesamt kann die Häufigkeit von Tagen mit hohen Niederschlagsmengen in der Hamburger Metropolregion bis Ende des Jahrhunderts zunehmen. Hinsichtlich der Aussagen im 1. HKB zeigt sich vor allem für die künftige sommerliche Niederschlagsentwicklung ein Unterschied, da auf der Grundlage weiterer inzwischen ausgewerteter Klimaprojektionen bis Ende des Jahrhunderts auch eine deutliche Niederschlagszunahme in der Hamburger Metropolregion plausibel ist.

Die anthropogen verursachten projizierten Änderungen der Strahlungsbilanz, des Energiehaushalts und des Wasserkreislaufs beeinflussen die Massen- und Druckverteilung in der Atmosphäre und damit die atmosphärische Zirkulation. Die atmosphärischen Zirkulationsverhältnisse unterliegen zugleich natürlichen periodischen Schwankungen und in Wechselwirkung mit dem Ozean auch auf vergleichsweise langen Zeitskalen von mehreren Jahren und Jahrzehnten. Deshalb ist eine Ableitung von langfristigen robusten Trends für die Zukunft bislang kaum möglich, da die projizierten Änderungen meist in der Größenordnung der natürlichen Schwankungen liegen.

Diese natürlichen Schwankungen (interne Variabilität) des Klimas in Mitteleuropa und der Metropolregion Hamburg werden maßgeblich durch die Zirkulationsverhältnisse über dem Nordatlantik – die „Nordatlantische Oszillation“ (NAO) geprägt (Abschn. 2.3.1). Die NAO beeinflusst die Bewegung der planetaren Wellen und die Zugbahnen von Tiefdruckgebieten über den Nordatlantik. Studien zu möglichen Änderungen der NAO auf der Basis von unterschiedlichen Klimaprojektionen mit verschiedenen globalen Klimamodellen führen zu unterschiedlichen und oft widersprüchlichen Ergebnissen (IPCC 2013; BACC II Author Team 2015). Zudem gibt es verschiedene Methoden zur Bestimmung der NAO, die ebenfalls zu unterschiedlichen Ergebnissen führen können (z. B. Ulbrich et al. 2013). Abschn. 2.3.1 hat gezeigt, dass sich in der Vergangenheit Zugbahnen von Tiefdruckgebieten über dem Nordatlantik nach Nordosten verlagert haben. Ob diese Veränderungen auf natürlichen Schwankungen beruhen oder durch den Einfluss des Menschen auf das Klima verursacht wurden und wie sich die Zirkulationsverhältnisse in der Region in Zukunft verändern können, ist weiterhin unklar.

Die Simulation zukünftig möglicher Änderungen der Windgeschwindigkeiten hängen sehr stark davon ab, wie die großskalige atmosphärische Zirkulation in den globalen Klimamodellen für die Zukunft abgebildet wird und in welchem Modus der periodischen Schwankungen sie sich jeweils befinden. Dabei gehen die Ergebnisse unterschiedlicher Modelle deutlich auseinander, sodass keine generellen Aussagen zu Veränderungen der Windgeschwindigkeiten getroffen werden können (BACCII Author Team 2015).

Die klimatischen Windverhältnisse können auch durch vorherrschende Windrichtungen charakterisiert werden. Besonders die Windrichtungen bei hohen Windgeschwindigkeiten beeinflussen neben der Windstärke die Sturmflutgefährdung in der deutschen Bucht. De Winter et al. (2013) z. B. untersuchen die projizierten Änderungen der Windrichtungen der jährlichen Windmaxima auf der Basis von 12 Globalmodellen des CMIP5 für das RCP4.5 und RCP8.5. Zunächst zeigt auch diese Studie, dass die Windgeschwindigkeiten großen Schwankungen unterliegen und keine Trends z. B. für die jährlichen Maxima der Windgeschwindigkeit abgeleitet werden können. Auch die Schwankungen der Windrichtungen sind groß; allerdings weisen hier die Ergebnisse darauf hin, dass die Ereignisse mit den jährlich maximalen Windgeschwindigkeiten im Verlauf des 21. Jahrhunderts häufiger aus südwestlicher und westlicher Richtung kommen können. Für Winde aus nordwestlicher und nordnordwestlicher Richtung hingegen, die für die Entwicklung von Sturmfluten entscheidend sind, wurden keine Änderungen der Windrichtung projiziert. Die Ergebnisse dieser Studie bestätigen Ergebnisse auf der Basis von globalen Modellsimulationen des CMIP3 (de Winter et al. 2013). Gaslikova et al. (2013) untersuchen das Windklima der deutschen Bucht auf der Basis von regionalen Klimamodelldaten eines dynamischen Regionalmodells in Kombination mit einem Globalmodell mit je zwei Realisierungen für die beiden SRES-Szenarien B1 und A1B. Auch diese Studie zeigt für die Deutsche Bucht im Verlauf des 21. Jahrhunderts eine Tendenz zur Zunahme starker Winde (> 17,2 ms⁻¹) aus westlicher Richtung, auch hier überlagert durch große multidekadische Schwankungen.

Insgesamt zeigt sich, dass es zur Interpretation von Klimaprojektionen auf der Grundlage verschiedener Studien wichtig ist, die jeweils verwendeten Daten, Methoden und zeitlichen Referenzperioden zu beachten. Das gilt insbesondere auch für die Projektionen von Windgeschwindigkeiten und der Häufigkeit von Sturmereignissen. Feser et al. (2015) geben einen systematischen Überblick über Studien zur Entwicklung der Sturmaktivitäten im Nordatlantik und Nordwesteuropa, die sie nach verwendeten Datensätzen, Analysemethoden und jeweils betrachteten geographischen Regionen und räumlichen Zeitperioden klassifizieren. Aufgrund der großen zeitlichen Variabilität der Sturmaktivitäten in Nordwesteuropa sind die Ergebnisse sehr stark von der Länge der untersuchten Zeitperiode abhängig. Die Projektionen für mögliche zukünftige Entwicklungen weisen zudem eine sehr starke Abhängigkeit von dem zugrunde liegenden Modellensemble auf. Nach Feser et al. (2015) stimmen viele Studien darin überein, dass unter zukünftigen Klimabedingungen die Intensität von Sturmereignissen in allen dort untersuchten geographischen Regionen und damit auch der Metropolregion Hamburg zunimmt. Outten und Esau (2013) hingegen erhalten auf der Basis von Klimaprojektionen für das A1B-Szenario des ENSEMBLES-Projekts keine wesentliche Änderung in der Statistik hoher Windgeschwindigkeiten in Bodennähe. Laut Feser et al. (2015) deutet die Mehrzahl der Artikel auf eine künftige Häufigkeitszunahme von Sturmereignissen über der Nordsee hin. Für die Ostsee konnte dies jedoch nicht festgestellt werden. Entsprechend heterogene Ergebnisse zeigen auch die Auswertungen des Norddeutschen Klimaatlas (Stand Oktober 2015, Meinke und Gerstner 2009; Meinke et al. 2011) bzgl. möglicher künftiger Änderungen der Windgeschwindigkeiten bei Sturmereignissen und deren Häufigkeit in der Metropolregion Hamburg. Bis Ende des Jahrhunderts (2071–2100) sind im Vergleich zur Referenzperiode 1961–1990 Änderungen der maximalen Windgeschwindigkeiten (maximaler Betrag des Windvektors in 10 m Höhe) von −4 bis +4 % plausibel. Auch innerhalb der Jahreszeiten weisen die regionalen Klimaprojektionen unterschiedliche Vorzeichen in den Trends künftiger Sturmintensitäten auf. Die größten Spannbreiten in der Änderung maximaler Windstärken treten in der Metropolregion Hamburg im Winter auf: Sie liegen zwischen −8 und +10 %. Bei der Häufigkeit von Sturmereignissen zeigen die zugrunde gelegten Klimaprojektionen eine Spannweite von −8 bis +14 Sturmtagen (max. Windgeschwindigkeit überschreitet 8 Bft), wobei die höchste Zunahme im Winter zu erwarten ist.

Insgesamt können zur potenziellen künftigen Entwicklung von Sturmereignissen in der Metropolregion Hamburg keine robusten Aussagen getroffen werden. Bis Ende des 21. Jahrhunderts erscheint sowohl eine Zunahme als auch eine Abnahme der Windgeschwindigkeiten bei Sturmereignissen und ihrer Häufigkeit in der Metropolregion Hamburg möglich.