Wie die Sonnenaktivität die Jahresniederschlagssumme in Deutschland beeinflusst

Wie die Sonnenaktivität die Jahresniederschlagssumme in Deutschland beeinflusst – mit Prognosen für den Rest des Jahrhunderts

Von Dr. Ludger Laurenz

Zum Mitnehmen:

Der ca. 22-jährige Hale-Zyklus der Sonne ist ein neues Werkzeug zum Nachweis solaren Einflusses auf Wettertrends von Monaten und Jahren. Mit Hilfe der seit 2021 bekannten Startjahre der Hale-Zyklen kann solarer Einfluss in vielen historischen Wetterdatenreihen nachgewiesen werden.

Der solare Einfluss auf Wettertrends ist größer als bisher bekannt. Das zeigt zum Beispiel der Unterschied der Jahresniederschlagssumme in den einzelnen 22 Jahren des Hale-Zyklus. Im Hale-Zyklusjahr 9 fallen solar beeinflusst im Mittel von vier Zyklen nur 612 mm, im Zyklusjahr 14 dagegen 918 mm Niederschlag.

Unter dem Einfluss der Sonnenaktivität wechseln sich in Deutschland ca. 50-jährige regenreichere Phasen mit ca. 15-jährigen Phasen mit niedrigerer Jahresniederschlagssumme und erhöhter Gefahr von mehrjähriger Dürre ab. Aktuell befinden wir uns am Ende der 15-jährigen Phase. Dürrerisiken werden in den nächsten Jahren wahrscheinlich wieder abnehmen.

Ab ca. 2030 dürfte das Risiko für Dürre für die Dauer von ca. 50 Jahren relativ niedrig bleiben. Extreme Niederschlagsarmut mit Dürreschäden tritt in dieser Phase fast nur in Einzeljahren auf. Diese Einzeljahre können schon mehrere Jahre vorher treffsicher prognostiziert werden.

Aufgrund des solaren Einflusses muss erst ab ca. 2080 wieder für einen Zeitraum von ca. 15 Jahren mit erneuter Aneinanderreihung von mehreren Dürrejahren mit unterdurchschnittlicher Jahresniederschlagssumme, extremer Sonnenscheindauer und Temperatur gerechnet werden, die eventuell erneut Waldsterben auslösen könnte.

Seit Jahren suche ich nach dem Einfluss variierender Sonnenaktivität auf Wettertrends. Die Ergebnisse sind in mehreren Beiträgen in Kaltesonne.de bzw. Klimanachrichten.de zusammengefasst (Auflistung in Anhang 3). Nach meinen Analysen wird ein viel größerer Anteil der Klima- und Wettervariation durch zyklisch schwankende Sonnenaktivität beeinflusst als bisher bekannt ist.

In diesem Beitrag wird der mögliche Zusammenhang zwischen der Sonnenaktivität und der Höhe der Jahresniederschlagssumme im Flächenmittel von Deutschland beschrieben.

Die Jahresniederschlagssumme schwankt im Flächenmittel von Deutschland zwischen ca. 550 und 1000 mm. Bisher konnte die Regenmenge des nächsten Jahres nicht prognostiziert werden. Das könnte sich dank der Entdeckung solaren Einflusses auf die Jahres-niederschlagssumme ändern. Zuverlässige Prognosen der Jahresniederschlagssumme des nächsten Jahres sind von unschätzbarem Wert. Landwirte könnten anbautechnische Vorsorge gegen Dürreschäden im nächsten Sommer treffen. Die Binnenschifffahrt könnte sich schon Monate vorher auf Niedrigwasser einstellen. Die Bauindustrie könnte Bauvorhaben, die gegenüber hohen Niederschlagssummen empfindlich sind, auf die prognostizierten Trockenjahre verschieben.

Erst seit 2021 verfügbares Werkzeug zum Nachweis von solarem Einfluss: Ca. 22-jähriger Hale-Zyklus der Sonne mit Startjahren der einzelnen Zyklen

Das wichtigste Werkzeug zum Nachweis des Einflusses der Sonnenaktivität auf die Jahresniederschlagssumme ist der Hale-Zyklus der Sonne. Der magnetische Sonnenzyklus (Hale-Zyklus) dauert ca. 22 Jahren. Der Zyklus ist in sonnenphysikalischen Messdaten nachweisbar. Die Startjahre der jeweiligen Zyklen sind erst seit 2021 bekannt (Chapman et al. 2021). Mit dem Wechsel von einem auf den nächsten Hale-Zyklus startet die Sonne innerhalb weniger Wochen ein neues Aktivitätsprogramm, dass sich ca. alle 22 Jahre nach gleichem Muster wiederholt.

Vor wenigen Monaten noch hat Prof. Svetlana Veretenenko aus St. Petersburg die Existenz des ca. 22-jährigen Hale-Zyklus der Sonne in Klimadaten erneut bestätigt: „Es zeigte sich, dass die Variationen der Wege von Sturm- und Orkantiefs durch ausgeprägte Periodizität von ca. 22 Jahren gekennzeichnet sind“ (Veretenenko 2023). In ihrer Publikation wird der aktuelle Forschungsstand zum Übertragungsmechanismus von variierender Sonnenaktivität über die Stratosphäre und Troposphäre auf Wettertrends zusammengefasst.

Jeder einzelne Monat und jedes einzelne Jahr des 22-jährigen Hale-Zyklus ist durch ein spezifischen Aktivitätsmuster der Sonne geprägt, das auf die Erdatmosphäre einwirkt und Wettertrends erzeugt.

Mit Hilfe der Startjahre der Hale-Zyklen ist es eine Leichtes, solaren Einfluss in historischen Wetterdatenreihen nachzuweisen. Dazu werden die Wetterdaten von gleichen ca. 22-jährige Zyklusphasen übereinandergestapelt. An dem Beispiel der Juni-Niederschlagsdaten von Deutschland (s. Anhang 2, Abbildung 3) ist demonstriert, wie gut mit diesem Verfahren solaren Einfluss auf Wettertrends aufgedeckt und für Prognosen genutzt werden kann.

Drei ca. 22-jährige Hale-Zyklen bilden einen ca. 65-jährigen Tri-Hale-Zyklus

Bei der Suche nach solarem Einfluss auf die Jahresniederschlagssumme wird in diesem Beitrag der mögliche Einfluss der ca. 65-jährigen Atlantischen Multidekadischen Oszillation (AMO) bewusst ausgeblendet, um zu zeigen, dass der solare Ansatz allein eine Erklärung für unterschiedliche Jahresniederschlagssummen liefern kann.

Eine andere Publikation von Frau Veretenenko hat mich auf die Idee gebracht, mit Hilfe des „Tri-Hale-Zyklus“ nach solaren Spuren in Wetterdaten zu suchen. Frau Veretenenko weist neben dem Einfluss des ca. 22-jährigen Hale-Zyklus auch noch deutliche Spuren eines ca. 63-jährigen Sonnenzyklus nach (Veretenenko 2019). 63 Jahre entsprechen praktisch der Zykluslänge von 65 Jahren, die sich aus der Aneinanderreihung von drei Hale-Zyklen ergibt.

Für den 65-Jahreszeitraum wird hier erstmals der Begriff „Tri-Hale-Zyklus“ verwendet. In der folgenden Tabelle 1 sind Jahreszahlen und Dauer der Hale-Zyklen angegeben.

Tabelle 1: Beginn und Ende der Hale-Zyklen und Tri-Hale-Zyklen seit 1837, in Klammern Dauer der Zyklen in Jahren, erstes Jahre der Hale-Zyklen (rot) in Anlehnung an Chapman (Chapman 2021, Figure 5).

Suche nach solarem Einfluss in der Jahresniederschlagssumme mit Hilfe des Tri-Hale-Zyklus

Die Unterteilung der Periodenlänge von ca. 65 Jahren in drei Hale-Zyklen war schon beim Nachweis von solarem Einfluss auf das Frühjahrswetter hilfreich (Laurenz 2023, Klimawandel im Frühjahr-demnächst wieder mehr Regen und kühler?).

Mit dem Konstrukt von drei ca. 22-jährigen Hale-Zyklen in einem ca. 65-jährigen Tri-Hale-Zyklus gelingt auch der Nachweis nach solarem Einfluss auf die Jahresniederschlagssumme.

Die Ergebnisse meiner Recherche sind in Abbildung 1 mit den drei übereinandergestellten Kurvenbildern A, B und C zusammengefasst. Die drei Kurvenbilder unterscheiden sich durch die Auswahl der Hale-Zyklen.

In A sind alle 7 Hale-Zyklen seit 1881 aufgenommen.
In B ist jeder dritte Zyklus mit den 1881, 1946 und 2011 beginnenden Hale-Zyklen entfernt. Hier verbleiben die vier Kurven aus den Hale-Zyklen 1 und 2.
In C ist der Trend der Jahresniederschlagssumme der drei entfernten Hale-Zyklen, die zum Hale-Zyklus 3 gehören, dargestellt.

Begründung der Auswahl:

Solarer Einfluss besteht nach den Ergebnissen von Frau Veretenenko nicht nur innerhalb der einzelnen 22-jährigen Hale-Zyklen, sondern auch in dem die drei Hale-Zyklen überspannenden ca. 63-jährigen Zeitraum. Aufgrund der Überlagerung ist vorstellbar, dass sich der solare Einfluss in den Hale-Zyklen 1, 2 und 3 unterscheidet. Mit diesem Ansatz sind in Abbildung 1 B die Zyklen entfernt, die den Gesamttrend am stärksten „stören“ (s. gestrichelte Linien in A). Da zwischen den drei entfernten Zyklen jeweils zwei andere Zyklen liegen, passt die Auswahl in das Bild von möglicherweise abweichendem solarem Einfluss in einem von drei Hale-Zyklen.

Abbildung 1: Trend der Jahresniederschlagssumme im Flächenmittel von Deutschland in 7 Hale-Zyklen seit 1881 mit Auswahl unterschiedlicher Hale-Zyklen: In A sind alle 7 Hale-Zyklen seit 1881 enthalten. In B ist jeder dritte Zyklus mit den 1881, 1946 und 2011 beginnenden Hale-Zyklen entfernt. In C ist der Trend der Jahresniederschlagssumme der drei entfernten Hale-Zyklen dargestellt.

Bisher nicht bekannter solarer Einfluss auf die Jahresniederschlagssumme in den Hale-Zyklen 1 und 2

In B mit den vier „übriggebliebenen“ Hale-Zyklen, die zu den Hale-Zyklen 1 und 2 gehören, folgen die Kurven einem gemeinsamen Trend. Einzelne Zyklusjahre mit extrem niedriger Niederschlagssumme liegen unmittelbar neben Jahren mit mittlerer oder sogar überdurchschnittlicher Niederschlagssumme, und das in jedem der vier Hale-Zyklen.

Das Ausmaß des solaren Einflusses wird an den Extremen in Zyklusjahr 9 mit im Mittel 612 mm und Zyklusjahr 14 mit im Mittel 918 mm deutlich. Die Differenz von ca. 300 mm besteht in jedem der vier erfassten Hale-Zyklen! Jahre mit dem Risiko von starker Dürre mit Jahresniederschlagssummen um 600 mm begrenzen sich auf die Zyklusjahre 4, 9 und 16 bis 19. Wer für den Zeitraum seit 1900 in historischen Unterlagen nach außergewöhnlich trockenen Sommern sucht, wird ausschließlich Jahreszahlen finden, die auf die zuvor genannten Zyklusjahre fallen.

Der überwiegend gleichförmige Kurvenverlauf in B dürfte jeder statistischen Überprüfung standhalten und als hoch signifikant eingestuft werden. Ein Zufall kann ausgeschlossen werden. Offensichtlich besteht in den Hale-Zyklen 1 und 2 unzweifelhaft ein bisher nicht bekannter, starker solarer Einfluss auf die Jahresniederschlagssumme.

Trotz des zeitweiligen Gleichlaufs der Kurven in B streut die Jahresniederschlagssumme innerhalb der einzelnen Hale-Zyklusjahre. Ein Teil der Varianz dürfte darauf zurückzuführen sein, dass der Verlauf der Sonnenaktivität nicht auf unser Kalenderjahr abgestimmt ist, wodurch Mischwerte zwischen zwei Jahren entstehen können.

Aus den Kurvenverläufen in den Hale-Zyklen 1 und 2 kann die Höhe der Jahresniederschlagssumme für den Rest des Jahrhunderts prognostiziert werden.

In B sind Jahreszahlen von zukünftigen Hale-Zyklen mit grauer Farbe eingefügt. Bei den zukünftigen grauen Jahreszahlen steht hinter 2032 und 2053 noch ein Fragezeichen. Diese Startjahre sind geschätzt. Der Beginn der zukünftigen Hale-Zyklen ist erst zu Anfang der Zyklen bekannt, wenn sonnenphysikalische Messwerte den Start anzeigen. Sobald das Startjahr von den Sonnenphysikern ermittelt ist, kann eine Prognose der Jahresniederschlagssumme der nächsten ca. 22 Jahre erstellt werden. Wie der Start der Hale-Zyklen ermittelt wird, ist in der Publikation von Scott et al. 2023 beschrieben.

Wenn sich die geschätzten zukünftigen Startjahre der Hale-Zyklen bestätigen sollten, sind mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit für 2035, 2040,2056 und 2061 extrem niederschlagsarme Jahre vorprogrammiert. Mit überdurchschnittlicher Jahresniederschlagssumme muss dann zum Beispiel von 2042 und 2046 sowie von 2063 bis 2066 gerechnet werden.

In Hale-Zyklus 3 kein solarer Einfluss auf die Jahresniederschlagssumme von Einzeljahren

In C (Abbildung 1) sind die Niederschlagstrends der zunächst ausgesonderten Hale-Zyklen mit den Startjahren 1881, 1946 und 2011, die zum Hale-Zyklus 3 zählen, zusammengefasst. Das aktuelle Jahr 2023 liegt mit dem Zyklusjahr 13 mitten im dritten Hale-Zyklus, s. graue Säule. Der Kurventrend in C ist chaotisch und unterscheidet sich deshalb grundsätzlich von dem geordneten Kurvenverlauf in B. Der prinzipielle Unterschied von Hale-Zyklus 3 zu den Hale-Zyklen 1 und 2 wird durch das in Hale-Zyklus 3 niedrigere Niveau der Jahresniederschlagssumme unterstrichen, s. Anhang 1. Für einzelne Jahre kann aus dem Kurventrend in C kein solarer Einfluss abgeleitet werden. Mit extrem niederschlagsarmen Jahren mit nur ca. 600 mm Niederschlags muss in Hale-Zyklus C mit Ausnahme der Anfangs- und Endjahre in jedem Jahr gerechnet werden.

Nur in Hale-Zyklus 3 Risiko von mehrjähriger Dürre und Waldsterben?

Das Niveau der Niederschlagssumme liegt im Hale-Zyklus 3 bzw. C mit 753 mm um 28 mm niedriger als in den Hale-Zyklen 1 und 2 (B). Die niedrigere Jahresniederschlagssumme reicht allein nicht aus, um ein höheres Dürrerisiko zu begründen. Das erhöhte Dürrerisiko entsteht erst durch das Zusammenwirken folgender Faktoren:

Aneinanderreihung mehrerer niederschlagsarmer Jahre, beginnend mit einem extrem niederschlagsarmen Jahr, von 1887 bis 1893 oder 2018 bis 2022. Das 1887 oder 2018 entstandene Wasserdefizit im Boden bleibt über mehrere Jahre bestehen und kann sich wie nach 2018 in den Folgejahren verstärken.

Erhöhte Sonnenscheindauer und Temperatur: Die Sonnenscheindauer ist regelmäßig in der ersten Hälfte von Hale-Zyklus 3 deutlich höher als in den Hale-Zyklen 1 und 2 (Laurenz, 8/2022, Abb. 4, Laurenz 3/2023, Laurenz 6/2023 , Andrzej A. Marsz 2023). Von 2018 bis 2020 lag die Jahres-Sonnenscheindauer sogar um ca. 400 Stunden höher, ein erheblicher Stressfaktor für die Vegetation.

Das Waldsterben der letzten Jahre in Deutschland mit über 100.000 ha abgestorbenen Fichten- und Buchenwäldern ist ein Phänomen, das wahrscheinlich ausschließlich in Hale-Zyklus 3 auftritt.

Ca. 50-jährige regenreicheren Phasen wechseln sich in Deutschland regelmäßig mit ca. 15-jährigen Phasen mit niedrigerer Jahresniederschlagssumme und erhöhter Gefahr von mehrjähriger Dürre ab.

Im ca. 65-jährigen Tri-Hale-Zyklus wechseln sich regelmäßig ca. 44 Jahre dauernden Phasen mit den Hale-Zyklen 1 und 2 und ca. 22-jährigen Phasen mit Hale-Zyklus 3 ab. Da das Dürrerisiko in Hale-Zyklus 3 in den Anfangs- und Endjahren gering zu sein scheint, werden diese Jahre zu der eher niederschlagsreicheren Phase der Hale-Zyklen 1 und 2 hinzugezählt. Dadurch entsteht eine ca. 50-jährige niederschlagsreichere Phase mit höchstens einjähriger Dürre. Die Phase mit erhöhtem Risiko für mehrjähriger Dürre in Hale-Zyklus 3 verkürzt sich dadurch auf ca. 15 Jahre.

Ab ca. 2030 dürfte das Risiko für Dürre für die Dauer von ca. 50 Jahren relativ niedrig bleiben

In den nächsten Jahren bis einschließlich 2029 besteht noch ein solar beeinflusst erhöhtes Risiko für außergewöhnlich niederschlagsarme Jahre. Ein Dürrestress wie in den letzten Jahren ist aber unwahrscheinlich, weil die Sonnenscheindauer- solar beeinflusst – abnimmt und der potentielle Stress für die Vegetation dadurch weniger groß sein wird.

Ab ca. 2030 dürfte das Risiko einer mehrjährigen Dürre für die Dauer von ca. 50 Jahren gering sein. Erst ab ca. 2080 muss wieder mit einer ähnlichen Aneinanderreihung von Dürrejahren wie in den letzten Jahren gerechnet werden. Ob dann möglicherweise um 2082 erneut ein großflächiges Waldsterben droht, ist vom zukünftigen Temperaturniveau der Klimaphase und von dem für Hale-Zyklus 3 typischen solar beeinflussten Anstieg der Sonnenscheindauer abhängig.

Anhang 1:

Abbildung 2: Trend der Jahresniederschlagssumme seit 1881 im Flächenmittel von Deutschland im ca. 65-jährigen Tri-Hale-Zyklus. Die Abbildung zeigt den Trend der Niederschlagssumme während des ca. 65-jährigen Tri-Hale-Zyklus als gleitendes 11-Jahresmittel. Für den ersten Hale-Zyklus links ist ein leichter Anstieg der Jahresniederschlagssumme kennzeichnend, gefolgt von einer Plateauphase im zweiten Hale-Zyklus und um ca. 50 bis 100 mm abfallende Werte im dritten Hale-Zyklus (rechts). Der dritte Hale-Zyklus nimmt in dieser Darstellung gegenüber den beiden vorhergehenden Zyklen wegen der insgesamt niedrigeren Niveaus die Sonderrolle ein, die auch in Abbildung 1 C zu erkennen ist.

Anhang 2:

Abbildung 3: Juni-Niederschlagssumme in sieben Hale-Zyklen der Sonne seit 1881 im Flächenmittel von Deutschland. In den Zyklusjahren 8 bis 13 folgen die Kurven einem einheitlichen Trend, der auf solaren Einfluss schließen lässt. Die aktuellen Niederschlagssumme von 2019 bis 2023 (rot gestrichelte Linie) folgt weitgehend diesem Trend und zeigt das Prognosepotential dank des solaren Einflusses.

Anhang 3, bisherige Beiträge des Autors: