Phänologie

Aus Klimawandel
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Veränderung der globalen Oberflächentemperatur zwischen 1950 und 2007 im Frühling (März-Mai) in °C (graue Flächen: fehlende Daten)

1 Einleitung

Die Phänologie ist "die Lehre vom Einfluss des Wetters, der Witterung und des Klimas auf den jahreszeitlichen Entwicklungsgang und die Wachstumsphasen der Pflanzen und Tiere, ein Grenzbereich zwischen Biologie und Klimatologie".[1] Die sichtbarste und unmittelbarste Reaktion auf den Klimawandel sind phänologische Veränderungen im Jahreszyklus. Im Frühling wurde in den letzten Jahrzehnten fast überall ein früherer Blattaustrieb beobachtet, im Herbst eine spätere Blattfärbung; Viele Zugvögel kehrten früher aus ihren Überwinterungsgebieten zurück. Die Frühlings-Phänologie zeigt dabei die stärksten Änderungen. Die wichtigste Ursache ist die im Vergleich zu den anderen Jahreszeiten höhere Aktuelle Erwärmung im Winter und Frühling. Über große Teile der Landflächen auf der Nordhalbkugel stieg die Temperatur seit 1950 im Frühjahr um mindestens 1 °C, im Nordwesten Nordamerikas, Nordosten Europas und in Sibirien sogar um 2-4 °C. In Europa stiegen die Frühlingstemperaturen um 0,5 bis 2 °C an, im Südwesten am wenigsten, im Nordosten am stärksten. Grund für solche räumlichen Unterschiede ist die kontinentale Lage der östlichen Gebiete und die sich selbst verstärkende Wirkung von tauendem Schnee und Eis im Norden (siehe Eis-Albedo-Rückkopplung). Zu einem Teil hat auch die Änderung der atmosphärischen Zirkulation zur Temperaturerhöhung beigetragen (siehe Nordatlantische Oszillation).

Vorverlegung des letzten Tages mit -2,2 oC und weniger (rot) sowie des Blattaustriebs (grün) im Frühling zwischen 1955 und 2002 auf der Nordhalbkugel

2 Änderungen der Pflanzenphänologie

Die am weitesten, nämlich bis ins 9. Jahrhundert, zurückreichenden Daten zur Phänologie betreffen die japanische Kirschblüte. Danach beginnt die Blüte der japanischen Kirsche heutzutage früher als je in den letzten 1200 Jahren. Auch andere Aufzeichnungen der letzten Jahrzehnte belegen den früheren Frühlingsbeginn über die gesamte Nordhalbkugel. Als Grund wurde die globale Erwärmung nachgewiesen.[2]

In den mittleren und höheren Breiten der Nordhalbkugel, wo die meisten Untersuchungen vorgenommen wurden, folgt die Vorverlegung wichtiger Frühlingsereignisse eindeutig der Temperatursteigerung. Hier spielen Niederschlagsveränderungen eine geringe Rolle, da ein ausreichendes Wasserangebot vorhanden ist.[3] Wichtige Daten sind der letzte Tag des Jahres mit -2,3 oC und die Wachstumsperiode zwischen Frühling und Herbst mit mittleren Tagestemperaturen nicht unter 5 oC.[4] Während die letzten Tage mit -2,3 oC und weniger zwischen 1955 und 2002 auf der Nordhalbkugel um rund 7 Tage früher auftraten, hat sich die Wachstumsperiode um bis zu 8 Tage verlängert, in den mittleren und nördlichen Breiten sogar um zwei Wochen. Eine Erhöhung der Frühlingstemperatur um 1 oC hat im Mittel eine Vorverlegung des Wachstumsbeginns um 2,5-6 Tage zur Folge gehabt.[5]

Die Veränderungen sind im Allgemeinen in höheren Breiten stärker als in mittleren und niederen Breiten. Bei Gräsern und Gewürzen beginnt der Frühling auf der Nordhemisphäre in den letzten Jahrzehnten um 1,1 Tage pro Jahrzehnt früher im Jahr, bei Bäumen um 3,3 Tage/Jahrzehnt früher.[6] Regional war die Entwicklung allerdings sehr unterschiedlich. So verlängerte sich die Wachstumsperiode in Europa 2000-2008 um 11,5 Tage, und zwar vor allem durch eine Verschiebung im Herbst um über 8 Tage. In anderen Genbieten der Nordhalbkugel ist die Verlängerung der Wachstumszeit nach Satellitendaten vor allem auf den früheren Beginn des Frühlings zurückzuführen.[7]

Die Veränderung der Pflanzenphänologie besitzt auch Rückwirkungen auf das Klima, vor allem über eine veränderte Albedo. Die Albedo von Wäldern mit Laubbäumen mit ausgetriebenen Blättern beträgt 0,15. Schneebedeckter Boden in Wäldern hat dagegen eine Albedo von ca. 0,2-0,3.[2]

3 Phänologische Veränderungen in der Tierwelt

Vorverlegung typischer Frühlingsereignisse bei Pflanzen und Tieren auf der Nordhalbkugel in Tage pro Jahrzehnt

Phänologische Veränderungen zeigen sich auch in der Tierwelt. So haben sich die Rückkehrdaten vieler Zugvögel merklich verschoben, bei Schwalben in Großbritannien z.B. um 2-3 Tage bei einer Erwärmung um 1 oC. Dabei zeigen sich bei Vögeln, die nur kurze Distanzen zurücklegen, stärkere Veränderungen als bei Langstreckenziehern, die z.B. wie die Nachtigall südlich der Sahara überwintern und sich eher am Sonnenstand oder Erdmagnetfeld orientieren als an Klimaparametern. Allgemein sind im Nordseeraum Zugvögel seit 1960 um 0,5-2,8 Tage früher angekommen. Auch der Zeitpunkt des Eierlegens wurde bei vielen Vögeln vorverlegt, so z.B. beim europäischen Fliegenschnäpper. Bei sechs Froscharten in Ithaca, New York, hat sich die Brutzeit um 10-13 Tage vorverlegt. Auch Schmetterlinge zeigen eine hohe Korrelation zwischen Lebenszyklen und Frühlingstemperaturen. Eine deutliche Vorverlegung ihres ersten Fluges wurde bei vielen Arten in Großbritannien, Spanien und Kalifornien festgestellt.

Allgemein hat in den letzten 30 Jahren der Frühling auf der Nordhalbkugel um 2,3-5,2 Tage pro Jahrzehnt früher begonnen. Neben der globalen Erwärmung zeigen auch regionale Klimaschwankungen einen deutlichen Einfluss auf viele ökologische Prozesse. So ist das Verhalten mancher Zugvogelarten in West und Nordwesteuropa von einem hohen bzw. niedrigen NAO-Index abhängig. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass die Reaktion der biologischen Klassen und Arten auf klimatische Änderung sehr unterschiedlich ausfällt, wobei einige Arten auch gar nicht reagieren. So ist die Vorverlegung typischer Frühlingsaktivitäten bei Amphibien zweimal so stark wie bei Vögeln oder Schmetterlingen. Dabei reagieren auch noch die Amphibienarten untereinander sehr verschieden.

Die Unterschiede in der Reaktion der Arten in ein und demselben Untersuchungsgebiet ist oft größer als die mittleren Unterschiede zwischen verschiedenen Regionen. In der individuellen Reaktion der Arten liegt auch der Grund dafür, dass die geographische Breite insgesamt keine so große Rolle spielt, obwohl die Temperaturzunahme in höheren Breiten deutlich höher ist als in niederen. Von Bedeutung sind neben den direkten klimatischen Veränderungen auch indirekte Folgen wie z.B. eine Störung der Synchronie zwischen Wirtspflanzen und Insekten.

4 Änderung der Nahrungsbeziehungen

Phänologische Veränderungen haben auch Folgen für die Nahrungsbeziehungen in der Natur (Trophische Interaktion). Beispielsweise sind die Raupenstadien verschiedener Schmetterlingsarten auf frisch entfaltete Blätter bestimmter Bäume als Nahrungsquelle angewiesen. [8] Dies liegt im Wesentlichen an der Blattqualität, die sich im Verlauf der Vegetationsperiode verändern (z.B. Blatthärte und chemische Zusammensetzung der Blätter). Ihre Populationsgröße ist also stark davon abhängig, dass in der Zeit, in der sie fressen, junge Blätter verfügbar sind. Kommt es im Rahmen des Klimawandels zu einer Verlagerung entscheidender phänologischer Ereignisse (z.B. bei der Blattentfaltung und dem Schlupf der Raupen), kann diese Nahrungsbeziehung gestört oder sogar zerstört werden – mit erheblichen Folgen für die Schmetterlingspopulation. [8]

Auch Zugvögel, die ihr Zugverhalten nicht verändern, können in den nördlichen Brutgebieten auf eine Natur treffen, die schon zu weit fortgeschritten ist, z.B. durch das Schlüpfen von Insekten, um ihrer Brut noch ausreichend Nahrung zu bieten. Außerdem werden die besten Brutplätze in vielen Fällen schon durch Kurzstreckenzieher oder stationäre Vögel besetzt sein. Ähnlich hängt der Bruterfolg des Goldregenpfeifers vom Zeitpunkt ab, an dem Schnaken (Beuteinsekt der Vögel) schlüpfen. [9] Es wird erwartet, dass es am Ende dieses Jahrhunderts zu einer Asynchronität zwischen der ersten Eiablage der Vögel und dem Erscheinen von Schnaken kommen kann. Dies würde sich negativ auf den Erfolg früher Bruten des Goldregenpfeifers auswirken.

5 Phänologische Daten

Phänologische Daten haben in den letzten beiden Jahrzehnten zunehmende Akzeptanz für vielfältige Fragestellungen in der Klima- und Klimafolgenforschung gefunden. Dies zeigt sich z.B. in der Ausweitung, Standardisierung und Neukonzipierung phänologischer Beobachtungsnetze wie z.B. den Internationalen Phänologischen Gärten Europas (IPG) und dem "Global Phenological Monitoring" (GPM)-Programm.[10]

6 Einzelnachweise

  1. Schirmer et al. (1987): Meyers kleines Lexikon Meteorologie, Meyers Lexikonverlag, Mannheim,Wien, Zürich, Seite 296
  2. 2,0 2,1 Richardson, A.D., T.F. Keenana, M. Migliavaccab, Y. Ryua,c, O. Sonnentaga, M.Toomey (2013): Climate change, phenology, and phenological control of vegetation feedbacks to the climate system, Agricultural and Forest Meteorology 169, 156– 173
  3. Rutishauser, T., S. Studer (2007): Klimawandel und der Einfluss auf die Frühlingaphänologie, Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen, 158, S. 105-111
  4. Schwartz, M.D., R. Ahas and A. Aasa (2006): Onset of spring starting earlier across the Northern Hemisphere, Global Change Biology, Volume 12, Issue 2, Page 343-351
  5. Parmesan, C. 2006: Ecological and Evolutionary Responses to Recent Climate Change. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics(37): 637-69; IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 1.3.5.1
  6. IPCC (2014): Climate Change 2014, Working Group II: Impacts, Adaptation and Vulnerability, 4.3.2.1
  7. Jeong, S.-J., Ho, C.-H., Gim, H.-J., and Brown, M.E. (2011): Phenology shifts at start vs. end of growing season in temperate vegetation over the Northern Hemisphere for the period 1982–2008, Global Change Biology 17, 2385–2399
  8. 8,0 8,1 Forkner, R./ Marquis, R. J./ Lill, J./ Le Corff, J. (2008): Timing is everything? Phenological synchrony and population variability in leaf-chewing herbivores of Quercus. In: Ecological Entomology, Jg. 33, Nr. 2 S. 276-285
  9. Mustin, K./ Sutherland, W./ Gill, J. A. (2007): The complexity of predicting climate-induced ecological impacts. In: Climate Research, Jg. 35, S. 165-175
  10. Chmielewski, F.-M. (2007): Phänologie – ein Indikator zur Beurteilung der Auswirkungen von Klimaänderungen auf die Biosphäre, promet Jg. 33, Heft 1/2: Phänologie

7 Literatur

  • Deutscher Wetterdienst, Hg. (2007): promet Jg. 33, Heft 1/2: Phänologie
  • Rutishauser, T., S. Studer (2007): Klimawandel und der Einfluss auf die Frühlingsphänologie, Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen, 158, S. 105-11

8 Weblinks

9 Lizenzhinweis

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