Die Vielfalt des Winters

Anpassungsmaßnahmen zwischen natürlicher Variabilität und anthropogenem Klimawandel

Autoren: Kay Helfricht, Andrea Fischer, Lea Hartl, Marc Olefs

Zusammenfassung: Lufttemperatur, Niederschlag, die Höhe der Naturschneedecke und die Dauer der Naturschneebedeckung zeigen eine hohe statistische Variabilität, weichen also häufig und in beträchtlichem Ausmaß vom klimatischen Mittelwert ab. Vor allem zu Beginn der Saison im November und Dezember war ausreichend Naturschnee für den Skibetrieb über die letzten Jahre eher die Ausnahme. Durch den Einsatz von technischer Schneeerzeugung kann die Variabilität der Naturschneedecke zumindest teilweise ausgeglichen werden, denn die Wahrscheinlichkeit, dass zu Beginn der Saison beschneit werden kann, ist meist höher, als die Wahrscheinlichkeit für ausreichend Naturschnee.

Nach einer kurzen Einführung in die Variabilität des Winters stellen wir Ergebnisse einer detaillierten Studie über die Entwicklung von Bedingungen vor, welche eine technische Beschneiung zulassen. Eine Erweiterung dieser Studie auf bis 2050 möglichen Temperaturänderungen zeigt: wenn der Umgang mit der heutigen natürlichen Variabilität im Hinblick auf eine für den Saisonstart rechtzeitige Pistenpräperierung gelingt, ist man mittelfristig für einen Großteil der zukünftigen Winter gerüstet. Eine hundertprozentige Schneesicherheit ist jedoch weder im vergangenen noch im gegenwärtigen Klima erzielbar. Die Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels werden in Zukunft Auswirkungen auf die Ausbildung und Dauer der Naturschneedecke und damit auch auf die technische Schneeerzeugung haben.

Einführung
Der Winter 2017/18 war in den Alpen gefühlt kein schlechter. Wiederholte Schneefälle legten bereits im Dezember eine geschlossene Schneedecke bis in die Täler Österreichs. Und auch im Januar gab es zwischen überdurchschnittlich hohen Temperaturen, Tage mit ergiebigen Schneefällen. Gegenüber dem langjährigen Mittel zu kalt verlief die zweite Hälfte des Winters, was in Verbindung mit der vorhandenen Schneedecke ein wahres Wintermärchen zauberte. Objektiv verlief die zweite Winterhälfte aber auch nicht gerade typisch, da deutlich zu trocken. Ab Anfang Februar blieben Schneefälle fast gänzlich aus, und überdurchschnittliche Temperaturen ab April bescherten dem Winter auch in größeren Höhen ein schnelles Aus.

Der vergangene Winter ist nur einer von 30 Wintern, die es braucht, um das Klima zu beschreiben. Aus diesen Wintern werden Mittelwerte für Temperatur, Niederschlag und für weitere meteorologische
Parameter abgeleitet. Zur Klimastatistik gehört aber nicht nur der mittlere Zustand, sondern auch die beobachtete Streuung um diesen sowie die Minimalund Maximalwerte aus der dreißigjährigen Zeitreihe. Diese Kennwerte kann man für Jahreszeiten, für einzelne Monate,
aber auch für einzelne Tage berechnen. Setzt man die Streuung und die Extremwerte ins Verhältnis zum Mittelwert, so lässt sich die Variabilität beschreiben.

Eine solche Statistik findet sich für Österreich auf der Klima-Informationsseite der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik https://www.zamg.ac.at/cms/de/klima/klima-aktuell.

Diese Variabilität beschäftigt auch die Skigebietsbetreiber, möchten sie doch verlässlich, rechtzeitig und durchgängig den Skibetrieb gewährleisten. Gerade zu Beginn des Winters entscheiden oft wenige Grad Celsius Lufttemperatur zwischen Schnee oder Regen, zwischen zu warm oder zu kalt für eine technische Beschneiung. Letztere ist zumindest auch möglich, wenn es ausreichend Minusgrade hat, der
natürliche Niederschlag aber ausbleibt. Wo und für wie lange die technische Beschneiung eine vernünftige Möglichkeit zur Sicherung des Skibetriebes ist, wurde in einer Studie, durchgeführt vom Institut
für Interdisziplinäre Gebirgsforschung (IGF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Wirtschaftskammer Österreich (WKO), Fachverband Seilbahnen und gefördert von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG), genauer untersucht.

Die Variabilität des Winters
Betrachten wir aber zunächst die meteorologische Variabilität des Kernwinters, bestehend aus den Monaten Dezember, Januar und Februar anhand der Parameter Temperatur und Niederschlag. Diese können nicht nur zwischen den Jahren und innerhalb einer Saison stark variieren, sondern auch räumlich deutlich voneinander abweichen. In Abbildung (S. 8) sind die Abweichungen der Temperatur
gegenüber den Klimanormalwerten für zwei aufeinander folgende Winter in Österreich dargestellt. Während der Winter 2005/2006 für ganz Österreich um etwa 2 °C zu kalt ausfiel, war der Winter 2006/2007 um 3,5 °C wärmer als das langjährige Mittel aus dem Bezugszeitraum 1981–2010. Das heißt, die Wintermitteltemperatur
unterschied sich zwischen diesen zwei Wintern österreichweit nahezu einheitlich um 5,5 °C, bei einem Mittelwert im Bezugszeitraum von -2,1 °C.
Vergleichen wir die zwei vergangenen Winter (Abb. S. 8) so zeigt sich ein anderes Bild. Beide Winter haben eine recht einheitliche, über die Fläche Österreichs gemittelte Temperaturabweichung von etwa einem halben Grad Celsius, wobei jedoch die regionalen Unterschiede sehr ausgeprägt sind. Im Winter 2016/2017 zeigte die mittlere Temperatur positive Abweichungen im Hochgebirge und negative Abweichungen im Flachland. Das Bild der Temperaturabweichung des Winters 2017/2018 ist genau entgegengesetzt, mit zu kühlen Bedingungen im Bergland und einer positiven Temperaturabweichung im Osten Österreichs.
Aber nicht nur die Temperatur kann zwischen zwei Wintern stark variieren, auch der Niederschlag ist räumlich sowie zeitlich sehr variabel. Wiederum für die vergangenen zwei Kernwinter ist die Abweichung
des Niederschlages in Abb. S. 8 dargestellt. Während der Winter 2016/2017 flächendeckend deutlich zu trocken ausfiel, war der vergangene Winter regional, vor allem entlang des Alpenhauptkamms zwar recht schneereich, im Flächenmittel aber nur noch leicht überdurchschnittlich. Und in einzelne Regionen im Nordosten Österreichs ist nur mehr die Hälfte des mittleren Niederschlages gefallen.
Wollen wir etwas über den Verlauf des Winters wissen, dann sind saisonale Mittelwerte der meteorologischen Messgrößen allein nicht ausreichend. Zoomen wir noch etwas in den vergangenen Winter hinein, dann zeigt sich anhand der Tagesmittelwerte auch die Variabilität im Verlauf der Witterung. Der Kernwinter an der Station Innsbruck-Universität ist von anfangs leicht unterdurchschnittlichen Temperaturen geprägt, gefolgt von einem relativ warmen Januar und einem zu kühlen Februar. Während ein Großteil der Tagesmitteltemperaturen der Jahreszeit entsprach, gab es aber auch neue Tagesmaxima der Mitteltemperatur (8. und 9. Januar) und neue Temperaturminima (27. und 28. Februar). Selbst in nahezu durchschnittlichen Wintern kann es also zu positiven und negativen
Extremwerten der Tagesmitteltemperaturen kommen.

Anhand des akkumulierten Niederschlages sieht man, dass die für den Kernwinter stark positiven Abweichungen (Abb. S. 9) bereits in der ersten Winterhälfte zustande kamen, und ab Ende Januar der Winter sehr trocken verlief. Dabei fällt auf, dass die ergiebigen Niederschläge stets mit etwas erhöhten Temperaturen gegenüber dem Mittel auftraten.

Die hier genannten Beispiele zeigen einen kleinen Ausschnitt der hohen zeitlichen und räumlichen Variabilität des Winters. Wie die Temperatur und der Niederschlag im Kernwinter, zeigt auch die Höhe der Naturschneedecke und die Dauer der Naturschneebedeckung eine hohe statistische Variabilität. Es gibt immer wieder Jahre, in denen viel Schnee liegen bleibt, und andere, in denen die Niederschläge ausbleiben oder Tauwetter die Schneebedeckung stark reduziert. Hier sind nochmals die zwei vergangenen Winter zu nennen. Im Winter 2016/2017 lag besonders wenig Schnee am Nordrand der Alpen, im Winter 2017/2018 wurden hingegen bemerkenswert hohe Schneemengen verzeichnet. Grund dafür waren die speziellen Strömungsmuster der Luftmassen in den zwei verschiedenen Wintern.

Ebenfalls entscheidend für die Ausbildung der Schneedecke bleibt, dass der nötige Niederschlag auch auf entsprechend kalte Temperaturen trifft. Die Höhenlage dieses sensiblen Bereiches des Übergangs von Regen zu Schnee wird Schneefallgrenze genannt. Diese ist in Österreich seit 1980 gestiegen (APCC 2014). Davon betroffen sind besonders die Randmonate des Winters, in denen es bei Temperaturen um den Gefrierpunkt gerade noch regnet oder bereits schneit.
Bereits jetzt ist vor allem zu Beginn der Skisaison (November/Dezember) in mittleren Gebirgslagen zwischen 1000 und 2000 m häufig kaum ausreichend Naturschnee für den Skibetrieb vorhanden. Und gerade in diesem Höhenbereich ist mit einem weiteren Rückgang der natürlichen Schneebedeckung zu rechnen (APCC 2014). Im Gegensatz zur Wahrscheinlichkeit für ausreichend Naturschnee ist die Wahrscheinlichkeit, dass zu in diesem Zeitraum beschneit werden kann, meist höher.
Es stellt sich also die Frage, ob die Variabilität der Naturschneedecke besonders zu Beginn der Skisaison durch den Einsatz von technischer Beschneiung zumindest teilweise ausgeglichen werden kann, und ob dies auch in Zukunft noch möglich sein wird.

Änderung der potenziellen Schneitage
Sowohl die Bedingungen für die Beschneiung als auch die Wahrscheinlichkeit für eine natürliche Schneedecke steigen zu Beginn der Saison rasch an und fallen am Ende ebenso rasch wieder ab. Dabei ist die Wahrscheinlichkeit für eine potentielle Beschneiung in den ersten Wintermonaten stets höher als die Wahrscheinlichkeit einer natürlichen Schneedecke.
Die durchschnittliche Anzahl der Schneitage pro Saison an den untersuchten Standorten liegt zwischen 200 Tagen auf 3109 m Seehöhe und 23 Tagen auf 267 m Seehöhe. In den letzten 20 Jahren gab es an fast allen Stationen im Mittel weniger Schneitage als in den 20 Jahren davor. Der Mittelwert sank um 9 Tage auf 86 Schneitage pro Saison. Dabei änderte sich die Anzahl der Schneitage für Stationen unter 1000 m wenig, da diese Zahl vergleichsweise niedrig und generell sehr variabel ist. Die stärksten Änderungen der Beschneizeiten traten in mittleren Höhenlagen auf. Die mittlere Änderung der Schneitage pro Saison für Stationen über 1000 m Seehöhe beträgt 15 Tage.

Wie einführend erwähnt, interessiert vor allem der Beginn der Skisaison, je nach Höhenlage von November bis Dezember. Für die Periode 1994/95-2014/15 ist im Mittel die Beschneiung im November an 10 Tagen möglich. Im Dezember ist die Beschneiung im Mittel an 18 Tagen möglich. Die mittlere Anzahl der Schneitage im Dezember liegt zwischen 31 Tagen an der höchsten und 6 Tagen an der niedrigsten
Station.
Generell zeigt sich, dass sich – gemittelt über alle Stationen – die Anzahl an potentiellen Schneitagen im Dezember am stärksten ändert. Die größten Änderungen der Beschneizeiten treten dabei in mittleren Höhenlagen auf. Dies hängt zum einen damit zusammen, dass an diesen Stationen die Anzahl der Schneitage im November noch gering ist. Zum anderen stehen im Dezember statistisch zwar mehr Tage zur Beschneiung zur Verfügung diese weisen aber Feuchttemperaturen nur knapp unter der Grenze von -2 °C auf. Eine geringe Erwärmung hat hier also eine große Auswirkung.

Hingegen änderten sich die Beschneizeiten in höheren Lagen (~3000 m) und tiefen Lagen (unter 1000 m) nicht signifikant. Diese auf den ersten Blick erstaunlich wirkende Tatsache für tiefe Lagen erklärt sich daraus, dass sich hier öfter Inversionen bilden und die Tage, an denen man beschneien kann, in sehr tiefen Lagen schon Extremwerte darstellen, deren statistisches Auftreten sich offensichtlich trotz Verschiebung des Mittelwerts nicht geändert hat. An sehr hoch gelegenen Stationen ist eine Reduzierung an Schneitagen im Oktober und November zu sehen, während die Bedingungen im Dezember weiterhin eine Beschneiung mit hoher Wahrscheinlichkeit zulassen.

Die Zukunft
Um eine grobe Abschätzung möglicher zukünftiger Entwicklungen in der Anzahl potentieller Schneitage zu erlauben, wurde ermittelt, wie sich die Beschneizeiten an den verschiedenen Standorten bei erhöhten Mitteltemperaturen, aber gleichem Witterungsverlauf verändern könnten. Hierzu wurde der mittlere Feuchttemperaturverlauf der letzten 20 Jahre (1994/95–2013/14) mit um 1 °C bzw. 1,8 °C erhöhter Lufttemperatur neu berechnet. Diese Werte entsprechen den Ergebnissen von Modellrechnungen für die Temperaturerhöhung des Temperaturmittels im Alpenraum bis 2030 bzw. bis 2050.

Geht man davon aus, dass drei Tage benötigt werden, um eine Grundbeschneiung zu gewährleisten, ist an den meisten Stationen, an denen heute in der Regel bereits vor Weihnachten beschneit werden kann, auch bis 2030 im Mittel eine Beschneiung vor Weihnachten möglich. Bei einer Temperaturerhöhung von 1,8°C nimmt die Wahrscheinlichkeit, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt der Saison beschneit werden kann, an allen Stationen ab.

Aufgrund der in den nächsten Jahren im Vergleich zum Ende des Jahrhunderts vermutlich moderaten Erwärmung werden die Auswirkungen des Klimawandels bis 2050 auf Beschneizeiten im Vergleich zur natürlichen Variabilität der Schneedecke gering sein. Die Bandbreite zwischen Minimum und Maximum der Feuchttemperatur in der Vergangenheit ist in jedem Fall deutlich größer als die in den nächsten 20 Jahren zu erwartende Erhöhung der mittleren Lufttemperatur. Änderungen der Luftfeuchte in der Zukunft sind unbekannt.

Dennoch ist mit einem weiteren Temperaturanstieg auch ein Anstieg der jetzigen Temperaturextreme wahrscheinlich. Diese stellen neue Herausforderungen vor allem an niedriger gelegene Skigebiete. Denn
zum einen nimmt mit einer Temperaturerhöhung die Wahrscheinlichkeit, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt der Saison beschneit werden kann, ab. Zum anderen ist es wahrscheinlicher, dass bereits technisch erzeugter Schnee aufgrund zu hoher Temperaturen wieder schmilzt.

Zusammenfassung
Die Variabilität im Klima des Winters ist groß. Wo bereits jetzt der Einsatz von technischer Beschneiung nötig ist, gewinnt auch die Frage nach der Klimasensibilität der Beschneiung an Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb die Zeiten, in denen die Witterungsbedingungen technische Schneeerzeugung zulassen, für die letzten Jahrzehnte berechnet und die zeitlichen Änderungen analysiert.
Die Witterungsbedingungen im Gebirge können sich auf kleinem Raum stark unterscheiden, daher sind die vorliegenden Ergebnisse streng genommen nur für den Messstandort gültig. Detaillierte Studien zum Mikroklima in Skigebieten wären nötig, um die hier sehr generell gehaltenen Ergebnisse auf die Skala eines ganzen Skigebietes, einer Piste oder eines einzelnen Hanges zu projizieren.

Mit Blick auf die eingangs genannte Variabilität der Winter sind Aussagen über eine Verschiebung des Mittelwertes der Schneehöhe, der Schneedeckendauer oder Beschneizeiten generell sicherer als Aussagen über das Vorkommen von Jahren mit extrem wenig oder viel Schnee. Wie bisher werden auch in Zukunft mit hoher Wahrscheinlichkeit Winter mit wenig Naturschnee und schlechten Beschneibedingungen auftreten. Ebenso wird es Winter geben, welche ausreichend Naturschnee oder potentielle Beschneizeiten aufgrund günstiger Witterung auch für Skigebiete in Mittelgebirgslagen bringen. Man kann also nicht, wie manchmal aus sehr stark vereinfachten Annahmen abgeleitet wird, davon ausgehen, dass im Zuge eines Klimawandels Skifahren in niedrigen Lagen nicht mehr möglich sein wird. Klimawandel ist besonders auf kleinen räumlichen Skalen komplexer als das einfache Verschieben von Höhenzonen, und die Bandbreite möglicher zukünftiger Klimazustände ist umso größer, je kleiner die räumliche und zeitliche Skala ist, die betrachtet wird und je weiter man in die Zukunft rechnet.

Neben mit dem Klimawandel zusammenhängenden Parametern wie Temperatur, Feuchtigkeit, Schneehöhe spielen auch demographische, sozioökonomische und politische Entwicklungen für die zukünftige Entwicklung des Wintertourismus eine Rolle, ebenso wie Verkehr, Energiekosten und Freizeitverhalten (Fischer et al. 2011). Es ist nicht absehbar, welche dieser Faktoren in welchem zukünftigen Zeitraum für die wirtschaftliche Rentabilität einzelner Skigebiete die größte Rolle spielen werden. Schon jetzt sind es nicht nur kosten- und energieintensive technische Maßnahmen, sondern auch die ökonomischen Rahmenbedingungen, die die Resilienz von Betrieben auch in schneearmen Jahren bedingen. Die technische Erzeugung von Schnee ist da nur eine Methode zur Sicherung des Skigebietbetriebs.
Durch den Einsatz von technischer Beschneiung kann aber die Variabilität der Naturschneedecke besonders zu Beginn der Skisaison zumindest teilweise ausgeglichen werden. Gelingt der Umgang mit der heute beobachteten Variabilität zu Beginn des Winters, ist man mittelfristig für einen Saisonstart im Dezember sowie einen Großteil der Kernwinter gerüstet. Eine hundertprozentige Schneesicherheit ist jedoch weder im vergangenen, noch ist sie im gegenwärtigen Klima erzielbar. Die Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels werden auch in Zukunft Auswirkungen auf die Ausbildung und Dauer der Naturschneedecke und damit auch auf die technische Schneeerzeugung haben.

Abbildung:
Abweichungen der Mitteltemperaturen für den Kernwinter (Dezember, Januar, Februar) der Jahre 2005/2006 und 2007/2008 (oben), sowie der Jahre 2016/2017 und 2017/2018 (Mitte). Die Abweichungen beziehen sich auf Mittelwerte im Bezugszeitraum 1981–2010. Relativer Anteil des Niederschlags für den Kernwinter (Dezember, Januar, Februar) der Jahre 2016/2017 und 2017/2018 (unten) gegenüber dem Niederschlag im Bezugszeitraum 1981-2010. Abbildungen von https://www.zamg.ac.at/cms/de/klima/klima-aktuell powered by ZAMG data + cyLEDGE skills.

Verfasser:
PhD Kay Helfricht
Institut für Interdisziplinäre Gebirgsforschung
Innsbruck (IGF), Österreichische Akademie der
Wissenschaften (ÖAW)

Dr. Andrea Fischer
Institut für Interdisziplinäre Gebirgsforschung
Innsbruck (IGF), Österreichische Akademie der
Wissenschaften (ÖAW)

Lea Hartl
University of Alaska, Fairbanks (UAF)

Dr. Marc Olefs
Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG), Abteilung Klimaforschung

Literatur- und Quellenangaben
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APCC (2014). Österreichischer Sachstandsbericht Klimawandel 2014 (AAR14). Austrian Panel on Climate Change (APCC), Verlag der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.Wien. Österreich. 1096 Seiten. ISBN 978–3–7001–7699–2
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Lea Hartl, Andrea Fischer (2015). Beschneiungsklimatologie – Endbericht. Institut für Interdisziplinäre Gebirgsforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. 1039 pp, https://doi.org/10.2312/Beschneiungsklimatologie_EB_2015
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Lea Hartl, Andrea Fischer, Marc Olefs (2018): Analysis of past changes in wet bulb temperature in relation to snow making conditions based on long term observations Austria and Germany. Global and Planetary Change. 167. S. 123–136, https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2018.05.011
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Andrea Fischer, Marc Olefs, Jakob Abermann (2011). Glaciers, snow and ski tourism in Austria‘s changing climate. Annals of Glaciology. 52/58, S. 89–96
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Marc Olefs, Andrea Fischer, Joseph Lang (2010). Boundary conditions for artificial snow production in the Austrian Alps