Auswertung der Vegetationsperiode in der Metropolregion Hannover

Werkstattbericht
Auswertung der Vegetationsperiode in der
Metropolregion Hannover-Braunschweig-Göttingen (-Wolfsburg)
Andrea Krause
Institut für Meteorologie und Klimatologie
der Leibniz Universität Hannover
03.05.2010
Für die 3 Vertiefungsregionen Göttingen, Hildesheim und Uetze / Celle wurde die Vegetationsperiode
berechnet. Dazu wurden die 3-stündlich gemittelten CLM-Daten für die Temperatur (C20_2_D2 und
A1B_1_D2) für den Zeitraum 1960 bis 2100 zu Tagesmitteln aggregiert. Laut DWD ist die
Vegetationsperiode (Synonym für Vegetationszeit) definiert „[...]als derjenige Zeitraum des Jahres, in
dem die Pflanzen photosynthetisch aktiv sind, d.h. wachsen, blühen und fruchten.“ Als Beginn der
Vegetationsperiode werden pflanzenspezifisch verschiedene Schwellenwerte angenommen. Hier
werden 5°C, 10°C und 12°C verwendet. Der Tag an dem beispielsweise das erste Mal eine
Tagesmitteltemperatur von 5°C überschritten wird, wird somit als Beginn der Vegetationsperiode
bezeichnet. Der Tag im Herbst wenn das erste Mal die 5°C im Tagesmittel unterschritten wird
bezeichnet das Ende der Vegetationsperiode.
Zudem wurde das Eintreten des letzten Frosttages im Frühjahr und des ersten Frosttages im Herbst
untersucht. Ein Frosttag bezeichnet einen Tag an dem die Minimumtemperatur weniger als 0°C
beträgt. Die Basis dafür bildet die tägliche Minimumtemperatur, die mit dem CLM im Zeitraum 1960 bis
2100 simuliert wurde.
Die folgenden Abbildungen zeigen zum einen den jährlichen Vegetationsbeginn und das
Vegetationsende sowie das jährliche Eintreten des letzten Frosttages im Frühjahr und des ersten
Frosttages im Herbst. Zur Veranschaulichung eines möglichen Trends wurde zudem eine
Regressionsgerade bestimmt.

Göttingen
Abb. 1: Beginn und Ende der Vegetationsperiode in Göttingen
Schwellenwert: 5°C, simuliert mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).
Abb. 2: Datum des Eintretens des letzten Frosttages im Frühjahr und des
ersten Frosttages im Herbst in Tagen nach Jahresbeginn in Göttingen,
simuliert mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).

In der Region Göttingen zeigt sich für alle 3 Schwellenwerte der Trend zu einem früheren Beginn und
einem späteren Ende der Vegetationsperiode. Die Abbildung 1 beschreibt den Beginn und das Ende
der Vegetationsperiode in Göttingen, definiert als der Tag des ersten Überschreitens und des ersten
Unterschreitens einer Tagesmitteltemperatur von 5°C. Während im Zeitraum 1961-1990 im Mittel 27
Tage nach Jahresbeginn, also Ende Januar, das erste Mal eine Tagesmitteltemperatur von 5°C
überschritten wird, wird die Temperatur 2071-2100 im Mittel bereits um den 7. Januar erreicht. Die
bedeutet eine durchschnittliche Verfrühung um 1,4 Tagen pro Dekade. Das frühe Eintreten einer
Vegetationsperiode bedeutet aber nicht, dass danach nicht auch noch Frosttage mit einer
Minimumtemperatur < 0°C auftreten können an denen das Pflanzenwachstum dann wieder ruht,
welches die Abbildung 2 beweist. Das Vegetationsende verschiebt sich um ca. 10-15 Tage nach
hinten von im Mittel Tag 290 (Mitte November) auf Tag 303 (Ende November). Insgesamt verlängert
sich so die Vegetationsperiode um einen Monat von 264 Tagen im Zeitraum 1961-1990 auf 296 Tage
zum Ende des Jahrhunderts.
Die Abbildung 2 zeigt das Eintreten des letzten Frosttages im Frühjahr und des ersten Frosttages im
Herbst. Im Mittel verschiebt sich das Datum des letzten Frosttages von Mitte April (Tag 107 nach
Jahresbeginn) im Zeitraum 1961-1990 auf 79 Tage nach Jahresbeginn (Mitte März) in der Periode
2071-2100 und verlagert sich somit um einen Monat nach vorn. Ähnlich verhält es sich mit dem
Auftreten des ersten Frosttages im Herbst. Dieser verschiebt sich zum Ende des Jahrhunderts um
einen Monat nach hinten von Ende Oktober 1961-1990 auf Ende November.
In der Abbildung 3 ist die Differenz zwischen dem Eintreten der Vegetationsperiode ab einem
Schwellenwert von 5°C und dem letzten Frostereignis im Frühjahr in Tagen dargestellt. Auch hier zeigt
sich eine große Variabilität des Abstandes zwischen dem Beginn der Vegetationsperiode und dem
letzten Frostereignis. Die Werte schwanken zwischen 17 Tagen im Jahr 2058 und 123 Tagen im Jahr
1999. Der 10-jährige gleitende Mittelwert, hier in rot dargestellt, verdeutlicht jedoch, dass das
Spätfrostrisiko auch weiterhin bestehen bleibt. Der Vegetationsbeginn und der letzte Frosttag im
Frühjahr verfrühen sich somit annähernd gleichermaßen.

Abb. 3: Letztes Spätfrostereignis nach Einsetzen der Vegetationsperiode
(Vegetationsbeginn: Tm > 5°C) in Tagen in Göttingen, simuliert
mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).
Abb. 4: Summe aller Tagesmitteltemperaturen > 5°C pro Jahr in Göttingen,
simuliert mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).

Die Verschiebung der Frosttage sowie die Verlängerung der Vegetationsperiode verdeutlichen, dass
somit in der Vegetationsperiode insgesamt höhere Temperaturen herrschen müssen. Die Abbildung 4
zeigt die Wärmesumme pro Jahr in Göttingen. Hier werden alle Tagesmitteltemperaturen von über 5°C
im Jahr aufaddiert. Je größer also die Wärmesumme, desto wärmer war das Jahr. Die Abbildung zeigt
einen deutlichen Anstieg der Wärmesumme von im Mittel rund 2500°C im Zeitraum 1961-1990 auf
3600°C zum Ende des Jahrhunderts. Werden die Wärmesummen in Relation zur Länge der
Vegetationsperiode gesetzt ergibt sich für den Zeitraum 2071-2100 ein mittlerer Temperaturanstieg
von 2,8 K gegenüber 1961-1990.
Ergänzend zum Vegetationsbeginn bei 5°C soll hier ebenfalls die Schwellenwerte 10°C (Abbildung 5)
und 12°C (Abbildung 6) dargestellt werden, da viele Kulturpflanzen deutlich höhere Temperaturen
benötigen wie beispielsweise der Mais, der erst bei einer Temperatur von ca. 10°C keimt und Hirse ab
einer Tagesmitteltemperatur von 12°C.
Abb. 5: Beginn und Ende der Vegetationsperiode in Göttingen
Schwellenwert: 10°C, simuliert mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).
Bei einem Schwellenwert von 10°C zeigt sich ein ähnliches Bild wie bereits bei 5°C. Zum Ende des
Jahrhunderts verlängert sich zunehmend die Vegetationsperiode von im Mittel 141 Tagen in der
Referenzperiode 1961-1990 auf rund 200 Tage im Zeitraum 2071-2100. Es kommt gleichermaßen zu
einem verfrühten Vegetationsbeginn von 30 Tagen als auch zu einem verspäteten Ende der
Vegetationsperiode von rund einem Monat zum Ende des 21. Jahrhunderts im Vergleich zur

Referenzperiode. Es fällt auf, dass der Vegetationsbeginn bei einem Schwellenwert von 10°C
größeren Jahr-zu-Jahr-Schwankungen unterliegt als das Vegetationsende.
Abb. 6: Beginn und Ende der Vegetationsperiode in Göttingen
Schwellenwert: 12°C, simuliert mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).
Auch bei einem Schwellenwert von 12°C verlängert sich die Vegetationsperiode signifikant um 62
Tage. Der Anbau von z.B. Hirse wird so zum Ende des Jahrhunderts zwischen Anfang April und Mitte
September möglich, wohingegen in der Periode 1961-1990 die Anbauzeit durchschnittlich nur
zwischen Ende April und Ende Juli / Anfang August liegt. Es fällt auf, dass sich hier hauptsächlich das
Vegetationsende verschiebt um rund 45 Tage. Dies kann auf die steigenden Temperaturen im
Sommer zurückgeführt werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Vegetationsperiode durch die steigenden
Temperaturen, insbesondere im Sommer und im Winter, signifikant verlängert. Dabei verschiebt sich
die Vegetationsperiode im Mittel gleichermaßen hin zu einem früheren Vegetationsbeginn als auch zu
einem späteren Vegetationsende mit danach einsetzender Vegetationsruhe. Eine längere
Vegetationsperiode bietet z.B. in der Landwirtschaft die Möglichkeit bei geeigneter Sortenwahl länger
anzubauen bzw. sogar zweimal pro Jahr zu ernten.
Ein limitierender Faktor könnten dabei jedoch die Niederschläge sein. Zum Ende des 21. Jahrhunderts
wird mit dem CLM ein Rückgang der Sommerniederschläge von rund 20% gegenüber 1961-1990
projiziert. Gleichzeitig erhöht sich die Andauer und Häufigkeit von Trockenperioden. Während im

Zeitraum 1961-1990 mit dem CLM für Göttingen 21 Trockenperioden von 10 und mehr Tagen ohne
signifikanten Niederschlag, also < 1mm, simuliert wurden, werden 2071-2100 bereits 39
Trockenperioden simuliert. Dies entspricht nahezu einer Verdoppelung der lang anhaltender
Trockenperioden. Dies heißt jedoch nicht, dass nicht auch starke Niederschlagsereignisse,
beispielsweise durch Gewitter, eintreten können.
Die Analyse des Einflusses extremer Niederschlagsereignisse auf die Vegetationsentwicklung ist
ebenfalls Bestandteil der aktuellen Forschungsarbeiten am Institut.

Hildesheim
In der Region Hildesheim befinden sich die fruchtbarsten Böden der ganzen Bundesrepublik.
Aufgrund der hohen Bodenzahlen der Lössböden der Hildesheimer Börde wachsen dort unter
anderem Zuckerrüben und Weizen. Die Zuckerrübe gewinnt heute ebenfalls zunehmende Bedeutung
als nachwachsender Rohstoff, z.B. für die Herstellung von Biogas und Bioethanol. Auch die Triticale,
eine Kreuzung aus Roggen und Weizen, ist in dieser Region zunehmend zu finden.
Abb. 7: Beginn und Ende der Vegetationsperiode in Hildesheim
Schwellenwert: 5°C, simuliert mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).
Bei Betrachtung des ersten Erreichens einer Tagesmitteltemperatur von 5°C fällt auf, dass diese
genau wie in der Region Göttingen sich ebenfalls signifikant verfrüht. Das Ende der
Vegetationsperiode, definiert durch eine Tagesmitteltemperatur unter 5°C wird zum Ende des 21.
Jahrhunderts ebenfalls später erreicht. Im Mittel verlängert sich so die Vegetationsperiode 2071-2100
um rund 35 Tage gegenüber der Referenzperiode 1961-1990.
Die Zuckerrübe benötigt für eine rasche Keimung jedoch höhere Tagesmitteltemperaturen. Die
Keimung erfolgt bei einer Bodentemperatur von 6-8°C, die jedoch aufgrund der dunklen Farbe der
Böden zeitiger erreicht wird als in Regionen mit sandigen Böden, die eine schlechtere
Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wie z.B. in der Lüneburger Heide.

Abb. 8: Beginn und Ende der Vegetationsperiode in Hildesheim
Schwellenwert: 10°C, simuliert mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).
Die Abbildung 8 zeigt den Beginn und das Ende der Vegetationsperiode ab einem Schwellenwert von
10°C Tagesmitteltemperatur. Auch hier zeigt sich eine markante Verlängerung der Vegetationsperiode.
Während im Zeitraum 1961-1990 die Vegetationsperiode 155 Tage anhält, sind es zum Ende des 21.
Jahrhunderts 225 Tage. Die im Mittel 70 Tage länger andauernde Vegetationsperiode verschiebt sich
dabei deutlich an den Jahresanfang. Im Zeitraum 2071-2100 beginnt diese rund 42 Tage früher als in
der Referenzperiode. Die Verlängerung um 28 Tage ist ebenfalls signifikant.
Auf die Zuckerrübe wirkt sich eine spätere Ernte insgesamt sehr positiv aus, da somit auch der
Zuckergehalt in der Pflanze weiterhin steigt. Frühfröste im Herbst können die Erntefrüchte jedoch
auch gefährden. Ähnlich wie bei Göttingen zeigt sich jedoch eine abnehmende Tendenz von
Frühfrösten im Herbst. Der frühere Vegetationsbeginn birgt ebenfalls Risiken, da sich die Zuckerrübe
besonders frostanfällig im Jungstadium zeigt.
In der Abbildung 9 ist das Spätfrostrisiko dargestellt. Berechnet wurde die Differenz zwischen dem
Beginn der Vegetationsperiode, also das erste Auftreten einer Tagesmitteltemperatur von 10°C, und
dem letzten Frostereignis im Frühjahr. Die Werte kleiner 0 zeigen die Jahre, an denen kein Frost nach
Einsetzen der Vegetationsperiode auftritt. Auffällig ist die hohe Jahr-zu-Jahr-Variabilität, die bereits zu
Beginn des 21. Jahrhunderts deutlich zunimmt. Die rote Kurve zeigt den 10-jährigen gleitenden
Mittelwert. Demnach scheint sich das Spätfrostrisiko für junge Maispflanzen zum Ende des 21.
Jahrhunderts von durchschnittlich 3 Tagen nach Vegetationsbeginn im Zeitraum 1961-1990 auf circa

12 Tage im Zeitraum 2071-2100 zu erhöhen.
Abb. 9: Letztes Spätfrostereignis nach Einsetzen der Vegetationsperiode
(Vegetationsbeginn: Tm > 10°C) in Tagen in Hildesheim, simuliert
mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich für die fruchtbare Region um Hildesheim, durch die
Erhöhung der Tagesmitteltemperaturen die Anbaubedingungen zunächst einmal verbessern werden.
Ein limitierender Faktor könnten jedoch die Niederschläge sein. Diese nehmen zum Ende des 21.
Jahrhunderts in den Sommermonaten signifikant ab.

Uetze / Celle
Die Region Uetze / Celle befindet sich am südlichen Rand der Lüneburger Heide. Auf den sandigen
Böden des durch die Eiszeiten geprägten Geestgebietes gedeihen Kartoffeln, Spargel und
Buchweizen. Durch den Einsatz von Düngemitteln und Feldberegnung können hier aber auch
anspruchsvolle Arten, wie z.B. Gerste, Mais und Zuckerrüben angebaut werden.
Darüber hinaus sind im Naturpark Lüneburger Heide eine Vielfalt unterschiedlicher Waldlandschaften
und Heidelandschaften, wie beispielsweise die Calluna-Heide (Besenheide) oder die Glockenheide zu
finden. Ausgedehnte Moorlandschaften prägen ebenfalls die Lüneburger Heide.
Die Region zeichnet sich insbesondere durch für Niedersachsen vergleichsweise geringen
Niederschläge aus, die von den sandigen Böden nur sehr schlecht gehalten werden können.
Abb. 10: Beginn und Ende der Vegetationsperiode in Uetze / Celle
Schwellenwert: 5°C, simuliert mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).
Wie bereits für die Regionen Göttingen und Hildesheim festgestellt, kommt es auch in Uetze / Celle im
Laufe des 21. Jahrhunderts zu einer Verlängerung der Vegetationsperiode, welches die Abbildung 10
verdeutlicht. Während im Zeitraum 1961-1990 die Tagesmitteltemperatur von 5°C im Mittel ca. 21
Tage nach Jahresbeginn, also in der zweiten Januarhälfte, überschritten wird, ist dieses Ereignis
2071-2100 bereits um den 5. Januar zu erwarten. Somit verfrüht sich der Vegetationsbeginn um ca.
1,2 Tage pro Dekade. Auch das Vegetationsende verlagert sich zum Jahresende von im Mittel Tag 293
auf Tag 312, welches einer Verlängerung der Vegetationsperiode um 1,34 Tage pro Dekade

entspricht.
Abb. 11: Letztes Spätfrostereignis nach Einsetzen der Vegetationsperiode
(Vegetationsbeginn: Tm > 5°C) in Tagen in Uetze / Celle, simuliert
mit CLM (Szenario C20_2 und A1B_1).
In der Abbildung 11 ist das letzte Frostereignis im Frühjahr in Tagen nach Eintreten der
Vegetationsperiode bei einer Tagesmitteltemperatur von 5°C aufgetragen. Es zeigt sich insgesamt
eine starke Varianz von 30-120 Tagen nach Vegetationsbeginn. Die rote Kurve beschreibt das 10-
jährige gleitende Mittel über den gesamten Zeitraum. Insgesamt lässt sich ein abnehmender Trend
erkennen, d.h. der Abstand zwischen Vegetationsbeginn und Spätfrost verringert sich. 2068 und 2088
wird sogar in 2 Jahren kein Spätfrostereignis nach Vegetationsbeginn simuliert. Während 2088 die
Vegetationsperiode am 21. Tag nach Jahresbeginn für diesen Zeitraum vergleichsweise spät eintritt,
wird für das Jahr 2068 kein Frosttag in der ersten Hälfte des Jahres simuliert. Der Vegetationsbeginn
wird für den 1. Januar simuliert.
Im Mittel wurde für den Zeitraum 1961-1990 das letzte Frostereignis 75 Tage nach Vegetationsbeginn
simuliert, wohingegen zum Ende des 21. Jahrhunderts rund 62 Tage, also 2 Monate bis zum letzten
Spätfrostereignis vergehen. Bei einem mittleren Vegetationsbeginn von 5 Tagen nach Jahresbeginn
tritt der letzte Frost im Frühjahr im Zeitraum 2071-2100 im Mittel 67 Tage nach Jahresbeginn ein, also
in der ersten Märzhälfte. Zum Vergleich beginnt die Vegetationsperiode 1961-1990 durchschnittlich
am Tag 21 und das letzte Frostereignis erfolgt im Mittel 75 Tage danach. In dieser Zeit wurden
Frostereignisse noch bis zur ersten Aprilhälfte simuliert.

Zusammenfassend ergeben sich für die Metropolregion folgende Ergebnisse.
Es zeigt sich für alle 3 Untersuchungsgebiete eine signifikante Verlängerung der Vegetationsperiode.
Eine Tagesmitteltemperatur von 5°C wird in der Metropolregion durchschnittlich um 1,2 Tage pro
Dekade in der Region Uetze / Celle und Hildesheim und bis zu 1,4 Tage pro Dekade in der Region
Göttingen früher überschritten als noch im Zeitraum 1961-1990. Das Ende der Vegetationsperiode,
also das erstmalige Unterschreiten des 5°C – Schwellenwertes, tritt durchschnittlich 0,9 Tage pro
Dekade später ein in Göttingen und 1,3 Tage später in Hildesheim und Uetze / Celle. Die
Vegetationsperiode ist somit im Zeitraum 2071 - 2100 im Mittel 32 bis 35 Tage länger als im Zeitraum
1961-1990. Dies bedeutet für die Landwirtschaft ebenfalls eine längere Anbauperiode. Die Analyse hat
jedoch ebenfalls gezeigt, dass das Spätfrostrisiko weiterhin bestehen bleibt. Die Spätfrostgefahr
verfrüht sich analog zur früher beginnenden Vegetationsperiode, so dass auch noch 2071 - 2100 50
bis 70 Tage nach Überschreiten einer Tagesmitteltemperatur von 5°C Frost auftreten kann.
Für einen Schwellenwert von 10°C und 12°C lassen sich ähnliche Ergebnisse feststellen.