Das Eintrittsdatum bestimmter Phasen in der Pflanzenentwicklung wird maßgeblich von der Temperatur beeinflusst. Die Phänologie leitet aus langjährigen Beobachtungen den Einfluss veränderter klimatischer Bedingungen auf die Entwicklung von Pflanzen und Ökosystemen ab. Anders als direkte Temperaturmessungen spiegelt sie eine Reaktion der Natur auf ihre Umwelt wider. Daher ist die Phänologie ein wichtiger und besonders sensitiver Bioindikator für den Klimawandel.

Phänologische Beobachtungen an Pflanzen mit Aussagekraft über Temperaturveränderungen sind vor allem in gemäßigten Klimazonen möglich, da hier die Temperatur einen besonders großen Einfluss auf den Eintritt der verschiedenen Entwicklungsphasen hat. Maßgeblich ist die Temperatur der einer Entwicklungsphase vorausgehenden zwei bis drei Monate. Vor allem die Frühlingsphasen zeichnen sich durch eine starke Korrelation mit der Temperatur aus. Weitere Einflussfaktoren sind die Tageslichtdauer und die Zusammensetzung des Lichtspektrums. Der Eintritt der Herbstphasen dagegen wird von zahlreichen anderen Faktoren (z. B. Niederschlagsmenge im Sommer, Einstrahlung etc.) mitbestimmt.

Der Beginn der phänologischen Jahreszeiten wird durch den Eintritt bestimmter Phasen in der Pflanzenentwicklung festgelegt. Diese phänologischen Zeiger sind für den Frühlingsbeginn der Blühbeginn der Hasel, für den Sommerbeginn der Blühbeginn des Schwarzen Holunders, für den Herbstbeginn die beginnende Fruchtreife beim Schwarzen Holunder und für den Beginn des Winters der Blattfall der Stieleiche. Das Gebietsmittel für NRW des jeweiligen phänologischen Zeigers wird als Mittelwert aus den Daten der Jahresmelder der phänologischen Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) für NRW berechnet.

Betrachtet man die Mittelwerte der aktuellen Klimanormalperiode (1991-2020), so fängt der phänologische Frühling am 37. Tag des Jahres (6. Februar) an. Der Sommer beginnt gemittelt am 143. (23. Mai), der Herbst am 233. (21. August) und der Winter am 311. Tag im Jahr (07. November). Im Vergleich zur ersten verfügbaren Klimanormalperiode (1951-1980) hat sich der Beginn des Frühlings sehr deutlich um 17 Tage nach vorne verschoben. Der Sommer beginnt aktuell 12 Tage früher, der Herbst 15 Tage früher und der Winter 6 Tage später als 1951-1980.

Der früheste Frühlingsbeginn ist im Jahr 2018 am 14. Tag im Jahr (14.01.) aufgetreten. Der frühste Sommerbeginn trat 2014 am 130. Tag im Jahr (10.05.) auf. Dies lässt sich durch das vorangegangene warme Frühjahr erklären. Beim frühsten Herbstbeginn ist wiederum 2018 mit dem 218. Tag im Jahr (06.08.) als Spitzenreiter vertreten, was sich wiederum mit den insgesamt sehr hohen Temperaturen im Jahr 2018 erklären lässt. Beim Winter (der sich ja nach hinten im Jahr verschiebt) ist der späteste Wintereintritt 2006 am 318. Tag im Jahr (14.11.) aufgetreten.

Der späteste Frühlingseintritt trat im Jahr 1963 am 83. Tag im Jahr (24.03.) nach dem kältesten Winter seit Aufzeichnungsbeginn 1962 auf. Der späteste Sommerbeginn fand am 167. Tag (16.06.) im Jahr statt, was sowohl 1962 und 1955 verzeichnet wurde. Diese beiden Jahre stehen auch für die zwei kältesten Frühjahre seit Aufzeichnungsbeginn. Der späteste Herbsteintritt trat ebenfalls 1962 am 262. Tag im Jahr (19.09.) auf. Auch hier spielt sicherlich der späte Frühjahrsbeginn eine Rolle. Der früheste Winterbeginn fand 1957 am 296. Tag im Jahr (23.10.) statt.

Für alle Indikatoren wird eine Trendberechnung und Signifikanzprüfung nach der Methode des Umweltbundesamtes, kurz "DAS-Methode" genannt, durchgeführt.

Die Trendanalyse für den Gesamtzeitraum 1951-2021 ergibt für den Beginn des Frühlings einen signifikanten linear fallenden Trend mit einer Differenz zwischen Anfangs- und Endwert der Trendgeraden von minus 30 Tagen. Für den phänologischen Sommerbeginn wurde ein signifikant quadratischer Trend (u-Form) nachgewiesen. Das heißt, dass sich zunächst eine Verschiebung nach hinten (später im Jahr) ergeben hat und nach einer Trendumkehr ein früherer Startbeginn ergeben hat. Hier beträgt das Änderungssignal (Differenz zwischen Anfangs- und Endwert der Trendkurve) insgesamt -19 Tage. Der signifikante linear fallende Trend des Herbstbeginns ergibt im selben Zeitraum eine Änderung von -25 Tagen. Der Winter hingegen beginnt einem signifikant linear ansteigendem Trend zufolge elf Tage später.

Für den Beginn der phänologischen Jahreszeiten werden auch Trendanalysen für die kürzeren Zeiträume 1961-2021 und 1991-2021 durchgeführt (da viele Indikatoren des KFAM nur für einen kurzen Zeitraum vorliegen, wird dies zu Vergleichszwecken gemacht). Auch hier ergeben sich für fast alle Jahreszeiten signifikante Änderungen. Insgesamt zeigen alle Trends in die Richtung, dass sich Frühling, Sommer und Herbst nach vorn im Jahr verlagern und der Winter immer später auftritt. Die genauen Trends und Änderungssignale sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen.