Langjähriges Mittel der Niederschlagsverteilung 1991 - 2020

Als Datengrundlage wurden die HYRAS-DE-PRE-Raster der 30-jährigen mittleren Niederschlagshöhe für Deutschland im Zeitraum 1991-2020 verwendet (Version v5.0, abgerufen am 12.12.2022). Diese werden durch den DWD als öffentlich zugängliche Daten im Climate Data Center (CDC) bereitgestellt (DWD 2022b). Die HYRAS-PRE-DE-Daten liegen als Raster mit einer Kantenlänge von 1 km x 1 km in der winkeltreuen „Lambert Conformal Conic“ Projektion vor.

Die Niederschlagshöhen werden für verschiedene Bezugszeiträume (1961-1990, 1971-2000, 1981-2010, 1991-2020) bereitgestellt und beschreiben jeweils das 30-jährige Mittel der Niederschlagshöhe für jeden Kalendermonat, die vier meteorologischen Jahreszeiten, wasserwirtschaftliche Halbjahre und das Gesamtjahr in Millimeter.

Die verwendeten Niederschlagsdaten sind vom DWD hinsichtlich Vollständigkeit und Konsistenz geprüft und korrigiert. Die HYRAS-DE-PRE-Raster beinhalten allerdings keine Korrektur der systematischen Niederschlagsverluste aufgrund von Benetzungs-, Verdunstungs- und Überwehungseffekten. Der Messfehler ist von vielen Faktoren abhängig, unter anderem von der Stationsart, dem Aufstellungsort, dem Niederschlagsgeschehen und der Niederschlagsart. Für konventionelle Niederschlagsmesser (Hellmann) und das Nordostdeutsche Tiefland beträgt der Niederschlagsmessfehler im Jahresmittel je nach Windexposition zwischen 8,6 und 16,6 % (vgl. Richter 1995). Der DWD nennt in der Verfahrensbeschreibung in Rauthe et. al. 2013 eine Unterschätzung des wahren Niederschlags von mindestens 10 %.

Das Regionalisierungsverfahren basiert im Wesentlichen auf der Interpolation von Anomalien in Bezug auf langjährige Mittelwerte. Hierzu werden zunächst Hintergrundfelder der Niederschlagsverteilungen ermittelt und darauf basierend dann die Niederschlagshöhen berechnet. Die Hintergrundfelder werden durch eine Multiple-Lineare-Regression berechnet und berücksichtigen die Einflüsse aus der geographischen Lage, der Höhe, dem Gefälle und der Neigungsrichtung auf die Niederschlagshöhe bzw. -verteilung. Im nächsten Schritt werden die gemessenen Stationsniederschläge über dem Hintergrundfeld interpoliert und so die regionalisierten Niederschlagshöhen berechnet. An Gitterpunkten, in denen eine Station gelegen ist, wird der Stationswert verwendet.

Das Regionalisierungsverfahren ist in Rauthe et. al. 2013 ausführlich beschrieben. Eine Kurzfassung der Methodik und die Beschreibung des Datensatzes findet sich in DWD 2022b.

Für die ebenfalls im Umweltatlas verfügbare Auswertung der langjährigen mittleren Niederschlagshöhen im Zeitraum 1981-2010 wurden REGNIE-Raster als Datengrundlage verwendet. Dieses Produkt wurde jedoch eingestellt und zum 01.01.2022 durch das Nachfolgeprodukt HYRAS-PRE-DE abgelöst. Das Verfahren des DWD zur Erzeugung der Niederschlagsraster ist grundsätzlich gleichgeblieben, wurde aber fachlich weiterentwickelt, um bekannte Schwächen zu beheben und technische Anpassungen vorzunehmen. Die wesentlichen Änderungen betreffen:

• Die Aktualisierung der Bezugsperiode für das Hintergrundfeld. Dieses basiert nun auf dem Zeitraum 1971-2000 anstelle von 1961-1990. Diese Änderung hat nach Bewertung des DWD einen geringen Einfluss, da die sich die 30 jährigen Mittel nur geringfügig unterscheiden.
• Eine Anpassung bei der Berechnung der Hintergrundfelder, die eine vorherige Überbetonung orographischer Effekte korrigiert. Hierdurch ergeben sich nach Aussage des DWD Änderungen vor allem in den Mittelgebirgsregionen und in den Alpen.
• Die Daten werden in einem projizierten Gitter erzeugt (Lamberts Conformal Conic) anstelle eines geographischen Rasters.
• Die Auswerte-Zeiträume wurden um wasserwirtschaftliche (Halb-)Jahre ergänzt.
• Die Ergebnisse werden als netCDF-Dateien bereitgestellt.

Für die Erstellung der HYRAS-DE-PRE Niederschlagsraster greift der DWD auf eine umfangreiche Datenbasis von Niederschlagsmessungen an Bodenstationen zurück. Für unterschiedliche Schritte des Regionalisierungsverfahrens (z.B. Erstellung des Hintergrundfeldes, Regionalisierung der Stationsdaten) werden dabei aus fachlichen Gründen unterschiedliche Stationsensembles verwendet. Darüber hinaus gab und gibt es im Stationsnetz häufige Veränderungen aufgrund von Neuerrichtungen, Stilllegungen, Versetzungen, Ausfällen oder Modernisierungen. Eine plakative und exakte Darstellung, welche Zeitreihe von welcher Niederschlagsstation in die Erstellung der Niederschlagsraster eingeflossen ist, ist daher nicht möglich und wird vom DWD auch nicht angeboten.

Um dennoch einen ungefähren Eindruck über die den Rasterdaten zugrundeliegende Dichte des Stationsnetzes zu vermitteln, wurden in der Abbildung 2 alle im Auswertezeitraum 1991-2020 (d. h. November 1990 bis Oktober 2020) aktiven Niederschlagsstationen dargestellt. Der Füllgrad der Stationsmarkierung signalisiert, in welchem Umfang die Station im betreffenden Zeitraum in Betrieb war. Ein ausgefüllter Kreis bedeutet, die Station war im gesamten Zeitraum in Betrieb (es kann aber trotzdem zeitweise zu Ausfällen gekommen sein). Ein halb ausgefüllter Kreis bedeutet z. B., von den insgesamt 30 Jahren war die Station nur 15 Jahre aktiv. Die Grafik gibt keine Auskunft darüber, ob und welche Stationen tatsächlich in die Erstellung der HYRAS-DE-PRE Raster eingeflossen sind.