Auswirkungen auf die Gewässertemperatur

Beschattung am Ufer vermindert die Erwärmung von Gewässern durch Sonneneinstrahlung – hier an der Rodach bei Kronach

Die Wassertemperatur beeinflusst alle chemischen und biologischen Prozesse im Gewässer. Wird es durch den Klimawandel wärmer, hat das Auswirkungen auf die Gewässerökologie und viele Gewässernutzungen.

Zum Weiterlesen

Diese Seite erläutert

• wie die Gewässertemperatur zustande kommt,
• worauf die Gewässertemperatur Einfluss hat,
• welche Veränderungen wir bereits beobachten und
• was wir zur zukünftigen Entwicklung wissen.

Detailliertere Informationen für Fachnutzer finden Sie in unseren Publikationen in der Seitenspalte oder am Ende der Seite unter "Weiterführende Informationen".

Wie kommt die Gewässertemperatur zustande?

Einflussfaktoren und Steuergrößen, die die Wassertemperatur beeinflussen

Die wichtigste Steuerungsgröße für die Wassertemperatur ist die Temperatur der Luft. Ihr gleicht sich das Wasser mit einer gewissen Zeitverzögerung an. Man kennt das von einem Badesee am Ende des Sommers: Der See ist noch verhältnismäßig warm, auch wenn darüber schon die ersten kühlen Winde wehen. Aber auch andere Faktoren beeinflussen, wie schnell und stark sich ein Gewässer erwärmt oder abkühlt:

• Strahlung: Erwärmt durch eindringendes Sonnenlicht und Rückstrahlung der Wolken.
• Verdunstung und Ausstrahlung: Kühlt, da dadurch Wärme abgegeben wird.
• Beschattung: Verhindert Einstrahlung v.a. in kleinen Gewässern und wirkt somit kühlend.
• Grundwasser: Hat über das ganze Jahr gesehen eine ausgeglichene Temperatur von ca. 10 °C. Daher kühlt Grundwasser im Sommer durch unterirdischen Zustrom. Im Winter ist das Grundwasser oft wärmer als das Oberflächenwasser und hält Gewässer eisfrei.
• Abflussmenge und Wassertiefe: Je weniger Wasser vorhanden ist und je flacher das Gewässer, desto stärker erwärmt es sich. Durch menschliche Eingriffe wie Ausleitungen oder das Überleitungssystem zwischen Donau und Main wird der Abfluss oft stark verändert.
• Wassertiefe: Hat bei Seen einen großen Einfluss auf Durchmischungsvorgänge und bestimmt damit auch die Wassertemperatur und Schichtung (Mixis).
• Eis: Verzögert eine Erwärmung.
• Wärmeeinleitung: Bei Kühlwassereinleitungen wird das Gewässer erwärmt.
• Aufstau: Führt oft zu einer Erwärmung des Fließgewässers. Teilweise wird aber auch kühleres Tiefenwasser aus Stauhaltungen abgelassen, das dann aber oft sauerstoffarm ist und die Lebensgemeinschaft schädigt.
• Wasseraufenthaltszeit von Seen: kürzere Aufenthaltszeiten bedeuten höhere Zuflussmengen von kühlerem Flusswasser.
• Trübung und Färbung: Huminstoffreiche Gewässer mit bräunlicher Wasserfärbung erwärmen sich schneller. In nährstoffreichen Gewässern können sich größere Planktonmengen bilden. Die größere Trübung beeinflusst dann die Eindringtiefe von Strahlung.

Weiterführende Informationen zur Messung der Wassertemperatur und aktuelle Messwerte bietet das LfU auf den Seiten zum Fließgewässermonitoring und zum Niedrigwasser-Informationsdienst (Links siehe unten).

Worauf hat die Gewässertemperatur Einfluss?

Die Wassertemperatur ist ein zentraler ökologischer Faktor. Sie beeinflusst maßgeblich viele biologische und physikalisch-chemische Prozesse im Gewässer:

• Die Umsatzraten von Nährstoffen, die Geschwindigkeit des Stoffwechsels aller im Wasser lebenden Organismen und die Photosyntheseleistung der Pflanzen werden von der Temperatur beeinflusst. Für gewöhnlich gilt: je wärmer, desto schneller laufen biologische Prozesse ab.
• Wie leicht sich Gase, zum Beispiel Sauerstoff im Wasser lösen, hängt von der Temperatur ab. Je niedriger die Temperatur ist, umso besser löst sich Sauerstoff. Kühle Fließgewässer sind üblicherweise sauerstoffreicher als warme.
• In Seen beeinflusst die Temperatur maßgeblich die Schichtung und jahreszeitliche Durchmischungsvorgänge. Dies bestimmt entscheidend die Lebensprozesse im Gewässersystem See.

Diese und andere Parameter bestimmen langfristig, welche Lebensgemeinschaften sich in einem Gewässer wohl fühlen. Wird es in einem Gewässer durchschnittlich wärmer, kann sich die Artenzusammensetzung grundlegend verändern. Kurzfristige extreme Wassertemperaturen können zu Schäden an den Gewässerorganismen führen. Mehr dazu findet sich auf der Seite zur Gewässerökologie bzw. auf der KLIWA-Website (Link s.u.).

Bereits heute existieren daher Gesetze und Verordnungen, um temperaturbedingte Beeinträchtigungen der Gewässerökologie zu begrenzen oder zu vermeiden. Beispielsweise können Beschränkungen für Wärmeeinleitungen je nach Wassertemperatur und Gefährdungspotenzial der Gewässerorganismen bis zu einem Nutzungsverbot reichen. Im Umkehrschluss bedeutet dies: Erhöht sich die Wassertemperatur durch den Klimawandel, wird möglicherweise auch die menschliche Nutzung der Gewässer eingeschränkt. Wirtschaftliche Schäden können die Folge sein. Der Klimawandel stellt nun eine weitere Herausforderung dar, wodurch die bestehenden Bestimmungen gegebenenfalls angepasst oder neue Maßnahmen ergriffen werden müssen. Ansätze in diese Richtung sind beispielsweise die "Alarmpläne Gewässerökologie" für den bayerischen, staugeregelten Main oder die Donau.

Welche Veränderungen beobachten wir?

Wassertemperatur in Seen

Messboje im Ammersee zur Aufnahme eines Temperaturprofils

Um belastbare Aussagen zu Veränderungen im Temperaturhaushalt von bayerischen Seen zu erhalten, benötigt man langfristige, zeitlich hochaufgelöste Messreihen. Diese liegen bisher noch nicht bzw. nicht in ausreichender Dichte vor. Deshalb werden im Rahmen eines gewässerökologischen Klimafolgenmonitorings (Kooperation KLIWA) verschiedene Seentypen mit Messsystemen ausgestattet. Diese erfassen kontinuierlich die Wassertemperatur in verschiedenen Tiefenstufen. Beispielsweise wurde im Ammersee im Jahre 2013 eine Messboje an der tiefsten Stelle installiert. Sie zeichnet die Wassertemperatur in 16 Wassertiefen im 15-min-Takt auf. So gewinnt man ein vertikales Temperaturprofil und kann zukünftig auch Veränderungen in den thermischen Schichtungseigenschaften des Sees identifizieren. Es wird angenommen, dass durch die klimabedingte Gewässererwärmung die sommerliche Schichtung in Seen generell stabiler wird und insgesamt länger andauert. Weiterführende Informationen zur Ammerseeboje finden sich unter dem unten stehenden Link.

Wassertemperatur in Fließgewässern

Trends der mittleren jährlichen Wassertemperatur zwischen 1980 und 2015

Die mittlere Jahrestemperatur unserer Fließgewässer hat in den vergangenen Jahrzehnten messbar zugenommen. Die Kooperation KLIWA führte dazu eine Studie zum Trend von Wassertemperaturen in Bayern durch und analysierte 50 bayerische Temperaturmessstellen. Dabei konnten an etwa 80 % der langjährigen Messstellen signifikante, also statistisch belastbare, Temperaturzunahmen belegt werden. Im Mittel über alle Messstellen betrug die Zunahme seit 1980 etwa +0,5 °C in 10 Jahren. Überschlägig geht davon etwa die Hälfte der Erwärmung auf die gestiegene Lufttemperatur zurück. Die andere Hälfte ergibt sich durch menschliche Nutzung, wie beispielsweise Wärmeeinleitungen oder Wasserentnahmen. Welcher Einfluss an den einzelnen Messstellen genau vorliegt, darüber gibt die Studie keine Auskunft. Weiterhin verschob sich der Eintrittszeitpunkt der höchsten Wassertemperatur im Jahresgang an ebenfalls etwa 80 % der Messstellen hin zu früheren Terminen im Jahr.

Die unten stehenden Abbildungen zeigen beispielhaft den zeitlichen Verlauf der mittleren jährlichen Wassertemperaturen (Punkte) an einer nord- und einer südbayerischen Messstelle (Isar und Main). Die durchschnittliche zeitliche Entwicklung wird mit Hilfe einer linearen Regressionsgeraden (gelbe Linie) verbildlicht. Ihr Anstieg beschreibt die Temperaturänderung pro Jahr.

Der in Franken gelegene Main ist mit einer Jahresdurchschnittstemperatur von 9,6 °C bereits leicht wärmer als die südbayerische Isar mit 9,4 °C (Bezugszeitraum jeweils 1971 bis 2000). Gleichzeitig änderte sich diese Jahresdurchschnittstemperatur im Main seit den 1950er Jahren stärker als in der Isar. So beträgt die Zunahme in Kemmern in etwa 0,3 °C pro Jahrzehnt, in München ungefähr 0,2 °C pro Jahrzehnt.

Langjährige Entwicklung der mittleren jährlichen Wassertemperatur am Pegel Kemmern

Langjährige Entwicklung der mittleren jährlichen Wassertemperatur am Pegel München

Was können wir für die Zukunft sagen?

Ableitung von Aussagen zur zukünftigen Wassertemperaturentwicklung - Arbeitsschritte

Bisher gibt es für Bayern noch keine flächendeckenden projektionsgestützten Aussagen zur Wassertemperaturentwicklung. Für diese anspruchsvolle Aufgabe bestehen mehrere Lösungsmöglichkeiten. Das LfU hat sich nach einer Voruntersuchung zu nebenstehendem Vorgehen entschieden, wobei die ersten beiden Bausteine bereits realisiert sind. Die beiden folgenden sind in Planung.