4.1
Standardisierter Niederschlagsindex (SPI) „Der SPI zeigt die Trockenphasen (der vergangenen Jahre) deutlich an“
SPI-99,0-3,3-3,2-3,1-3,0-2,9-2,8-2,7-2,6-2,5-2,4-2,3-2,2-2,1-2,0-1,9-1,8-1,7-1,6-1,5-1,4-1,3-1,2-1,1-1,0-0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,10,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,51,61,71,81,92,02,12,22,32,42,52,62,72,9
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Standardisierter Niederschlagsindex (SPI) 12 Monate im Zeitraum Januar 1881- Dezember 2021 im Mittel für NRW (Datengrundlage: DWD). Erklärvideo zu den Diagramm-Funktionen.

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Extrem zu feucht
Deutlich zu feucht
Mäßig zu feucht
Fast normal, etwas zu feucht
Fast normal, leichte Dürre
Mäßige Dürre
Schwere Dürre
Extreme Dürre
SPI_12 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MW 30 Jahre-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,29-0,290,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210,21

Standardisierter Niederschlagsindex (SPI) 12 Monate im Zeitraum Januar 1881 bis Dezember 2021 im Mittel für NRW (Datengrundlage: DWD). Zusätzlich werden Mittelwerte der ersten und letzten verfügbaren Klimanormalperioden (01/1881-12/1910 und 01/1991-12/2020) dargestellt. Erklärvideo zu den Diagramm-Funktionen.

Datenstand 31.12.2021
Messgröße Standardisierter Niederschlagsindex (SPI), dimensionslos
Räumliche Abdeckung Nordrhein-Westfalen (NRW)
Datenquelle Deutscher Wetterdienst (DWD), Regional Averages
Fortschreibungsturnus jährlich
DPSIR-Indikator Impact

Die Veränderung des Niederschlags ist eine Folge der Temperaturänderung. Die Temperaturzunahme wirkt sich unter anderem auf den Wasserdampfgehalt der Luft und auf die Zirkulationssysteme der Erde aus, so dass sich Niederschlagsmuster regional ändern können. Der Nachweis dieser klimabedingten Veränderungen ist allerdings nicht einfach zu führen. Anthropogene Nutzungen und Beeinträchtigungen wirken bereits regional unterschiedlich auf den Wasserhaushalt ein. Sie überlagern sich mit Klimafolgen. Die Ursache-Wirkungsbeziehungen können deshalb sehr komplex sein.

Der SPI (Abgekürzt aus dem englischen "Standardized Precipitation Index", Standardisierter Niederschlagsindex) ist ein Niederschlagsindex, der auf der Basis der monatlichen Niederschlagsdaten für NRW angibt, ob ein Zeitraum (z. B. 3, 6 oder 12 Monate) im Vergleich zum selben Zeitraum im langjährigen Verlauf (bezogen auf die komplette Zeitreihe) zu trocken oder zu feucht ist. Als Indikator wird hier der SPI 12 Monate verwendet, d. h., dass für gleitende 12-Monats-Zeiträume der SPI berechnet wird. Der SPI 12 Monate wurde ausgewählt, da sich über diesen Zeitraum ohne klimatische Veränderungen die Niederschläge ausgleichen sollten. Eine daraus ablesbare Tendenz zeigt daher eine Veränderung des Niederschlagsgeschehens und trockenere (fallende Tendenz) oder feuchtere (steigende Tendenz) Verhältnisse an.

Eingangsdaten zur Berechnung des SPI sind die Monatssummen des Niederschlags für Nordrhein-Westfalen. Die Niederschlagsdaten basieren auf Stationsmessungen des Deutschen Wetterdienstes und wurden unter Berücksichtigung der Geländetopographie auf ein Raster von 1 km × 1 km interpoliert. Die Zeitreihe wird vom DWD als sogenannte „Regional Averages (Regionale Mittelwerte)“ in jährlicher Auflösung für alle Bundesländer bereitgestellt. 

Die Berechnung erfolgt über den SPI-Generator des National Drought Mitigation Center der University of Nebraska-Lincoln. Dem Tool liegt die von McKee et al. (1993) entwickelte Methode der Berechnung des SPI und der Definition von Dürre zu Grunde. Der SPI wird berechnet, indem die Verteilungsfunktion der Niederschlagswerte in eine Standard-Normalverteilung (Glockenkurve) transformiert wird. Für jeden Niederschlagswert kann die in Standardabweichungen angegebene Position in der Verteilungsfunktion angegeben werden, was dem SPI-Wert entspricht (DWD 2020). Die SPI-Werte können mit untenstehender Tabelle interpretiert werden.
 

Wahrscheinlichkeit in %

SPI

Stärke der Anomalie

2,3

≥ 2,0

extrem zu feucht

4,4

1,5 bis 2,0

deutlich zu feucht

9,2

1,0 bis 1,5

mäßig zu feucht

34,1

0,0 bis 1,0

fast normal (etwas zu feucht)

34,1

-1,0 bis 0,0

fast normal (etwas zu trocken)

9,2

-1,5 bis -1,0

mäßig zu trocken

4,4

-2,0 bis -1,5

deutlich zu trocken

2,3

≤ -2,0

extrem zu trocken

 

Der SPI dient hier als Index zur Beurteilung einer meteorologischen Dürre. Weitere Begriffe in diesem Zusammenhang, z. B. Bodendürre, hydrologische Dürre, Grundwasser-Dürre oder landwirtschaftliche Dürre, sind anders definiert und können allenfalls indirekt beurteilt werden. Der SPI wird auch als Karte dargestellt, allerdings in einer leicht unterschiedlichen Berechnungsweise. 

 

Literatur:

DWD (Deutscher Wetterdienst) 2020: Standardized Precipitation Index (SPI). www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html [18.09.2020]

McKee, T. B., N. J. Doesken, J. Kleist (1993): The relationship of drought frequency and duration to time scales. Preprints, Eighth Conf. on Applied Climatology, AMS, Anaheim, CA.

Der mittlere SPI der aktuellen Klimanormalperiode (1991-2020) liegt bei einem Wert von 0,2. Der mittlere SPI der ersten verfügbaren Klimanormalperiode liegt bei -0,3. Somit ergibt sich im Vergleich der beiden Klimanormalperioden ein Anstieg von 0,5 (dimensionslos), die einen Wechsel von „etwas zu trockenen“ zu „etwas zu feuchten“ Bedingungen darstellen.

Da sich die SPI-Werte aus Abweichungen der langjährigen Normalverteilungskurve berechnen, liegt der für die gesamte Zeitreihe berechnete 12-monatlich SPI-Mittelwert bei 0,00. Sämtliche gleitende 12 Monatsmittelwerte in der dargestellten Zeitreihe stellen Abweichungen vom Mittelwert der Gesamtzeitreihe dar.
 

 

1881-1910

1891-1920

1901-1930

1911-1940

1921-1950

1931-1960

1941-1970

1951-1980

1961-1990

1971-2000

1981-2010

1991-2020

1992-2021

SPI

-0,29

-0,20

-0,12

-0,17

-0,15

-0,08

0,18

0,06

0,26

0,22

0,57

0,21

0,23


Die extremsten SPI Werte sowohl für eine „extrem zu trockene Situation“, als auch für eine „extrem zu feuchte Situation“ sind Ende der 1950er / Beginn der 1960er Jahre aufgetreten. Im Dezember 1959 lag der SPI bei -3,3 und im Januar 1960 bei -3,2. Dagegen lag der SPI im Juni 1961 bei 2,7 und im Juli 1961 bei 2,9. In den letzten 10 Jahren herrschten überwiegend „fast normale“ Verhältnisse vor, jedoch mehrheitlich im Bereich "leichte Dürre". „Mäßig feuchte“ Verhältnisse gab es nur im Juni und Juli 2016. Die allgemein präsenten Dürre(n) der letzten 3 Jahren werden als „mäßig zu trocken“ vom Februar 2017 bis August 2017 und vom September 2018 bis August 2019, sowie als „deutlich zu trocken“ im Juni/Juli 2017 und vom Oktober 2018 bis Januar 2019 bezeichnet. In diesem Zeitraum lagen einzelne Monate auch in der Kategorie „extrem zu trocken“. Auch von Februar 2021 bis April 2021 traten „mäßig zu trockene“ Verhältnisse auf. Ende 2021 befand sich der SPI 12 Monate im Bereich „fast normal/etwas zu trocken“.

Für alle Indikatoren erfolgt eine Trendberechnung und Signifikanzprüfung nach der Methode des Umweltbundesamtes, kurz "DAS-Methode" genannt. Die Trendanalyse ergab für den SPI für alle Zeiträume keine signifikante Änderung. Hierbei wurden neben der Gesamtzeitreihe auch die Zeitreihen ab 1961 und 1991 geprüft (viele Indikatoren des KFAM liegen erst ab den 1950ern Jahren und später vor, zudem war der Zeitraum vor 1960 nur gering durch den Klimawandel beeinflusst, daher wird diese Analyse aus Vergleichszwecken durchgeführt).

 

SPI

Mittelwert

Trend

Änderung

1881-2021

0,00

 

-

1961-2021

0,23

 

-

1991-2021

0,20

 

-

Trendbeschreibung

 

  steigender Trend
  fallender Trend
  Trend mit Trendumkehr: zuerst fallend, dann steigend
  Trend mit Trendumkehr: zuerst steigend, dann fallend
  fallender quadratischer Trend
  kein Trend

 

 

Trendbewertung

 

günstige Entwicklung
     
     

 

ungünstige Entwicklung
     
     

 

keine Bewertung der Entwicklung möglich oder gleichzeitig günstige und ungünstige Entwicklungsaspekte vorhanden