Klima im Wandel – Neue Winterhärtezonen für Europa

Für den europäischen Raum wird seit 1984 eine Winterhärtezonenkarte von Woldemar Heinze und Detlef Schreiber verwendet. Die überall spürbaren Klimaänderungen ergeben jedoch die Notwendigkeit für eine Aktualisierung. Eine mit einem Geoinformationssystem (GIS) erstellte, neue Winterhärtezonenkarte mit der aktuellen Referenzperiode 1991 bis 2020 unterteilt erstmals ganz Europa in Halbzonen und berücksichtigt zudem mesoklimatische Effekte.

Einführung

Die Anpassung von Pflanzen an klimatische Verhältnisse ist von entscheidender Bedeutung für ihr langfristiges Gedeihen in verschiedenen Regionen. Die Winterhärte von Pflanzen definiert sich als deren Fähigkeit, niedrige Temperaturen im Winter zu überstehen, ohne dass dauerhafte Schäden entstehen. Sie wird oft in Bezug auf die minimale Temperatur angegeben, die eine Pflanze tolerieren kann, auch wenn es eine ganze Reihe weiterer Faktoren gibt, die im Winter auf die Pflanzen einwirken.

Seit dem 19. Jahrhundert werden Pflanzen in Winterhärtezonen (WHZ) eingeteilt, die Auskunft darüber geben, welche Tiefsttemperaturen von den jeweiligen Arten toleriert werden können. Mithilfe von Winterhärtezonenkarten lässt sich ermitteln, welche Zone an einem potenziellen Pflanzort vorliegt und welche Pflanzen dort gedeihen können. Trotz einiger multifaktorieller Ansätze, dem komplexen Phänomen der Winterhärte näher zu kommen, haben sich Winterhärtezonen, die sich an die Plant Hardiness Zone Map (PHZM) des United States Department of Agriculture (USDA) (USDA 1960) anlehnen, durchgesetzt. Diese fokussiert einen Klimaparameter: den mehrjährigen Mittelwert der absoluten Jahrestiefsttemperatur.

Für Europa entwickelten Woldemar Heinze und Detlef Schreiber 1984 eine Winterhärtezonenkarte für Gehölze, basierend auf der Methodik der PHZM. Diese Karte basiert auf Temperaturdaten aus verschiedenen Perioden des 20. Jahrhunderts. Sie hilft dabei, die Anbaufähigkeit von Gehölzen zu beurteilen und Kulturareale abzugrenzen. Dafür wird eine Art derjenigen Zone zugeordnet, in der sie keine dauerhaften Frostschäden erleidet (80-prozentige Überlebenswahrscheinlichkeit), beziehungsweise die niedrigste Zone genannt, in der sie noch gedeihen kann. In dieser Zone beginnt dann das Kulturareal für die jeweilige Art. Jede Zone umfasst 5,6 Grad Celsius, jede Halbzone 2,8 Grad Celsius. Heinze & Schreiber (1984) ordnen den Zonen Referenzarten zu. Diese Zuordnung wurde in den Folgejahren in der dendrologischen Literatur insbesondere durch Andreas Bärtels auf nahezu das gesamte Gehölz- und später auch das Staudensortiment übertragen.

Im Jahr 2012 aktualisierte das USDA die PHZM mithilfe eines neuen technischen und rechnerischen Ansatzes. Dieser Ansatz berücksichtigt topografische Besonderheiten wie Höhe, Neigung, vorherrschende Winde und Gewässer, also mesoklimatische Faktoren. Dies führte zu einer genaueren Darstellung der klimatischen Bedingungen und einer besseren Einschätzung der Eignung der Pflanzen. Die Karte von 2012 der USDA verdeutlicht, dass weite Teile der USA um eine Halbzone (+2,8 °C) wärmer dargestellt werden als in der Karte von 1990. Begründet wird dies – neben der klimatischen Veränderung – durch das verbesserte technische Verfahren, den höheren physiografischen Detaillierungsgrad und umfassendere Stationsdaten (Daly et al. 2012). Ende 2023 wurde die USDA PHZM mit einem dichteren Netz an Stationen erneut aufgelegt (USDA-ARS 2023). Eine weitere Verschiebung wird sichtbar.

Diese Ergebnisse lassen stark vermuten, dass auch in Europa eine Verschiebung der Winterhärtezonen auf der Ebene des Makroklimas zu erkennen sind. Eine Aktualisierung der europäischen WHZ-Karte von 1984 bot sich daher an und wurde nun in den Mitteilungen der Deutschen Dendrologischen Gesellschaft 109 veröffentlicht (Wulff & Bouillon 2024). Sie basiert auf der Referenzperiode 1991–2020 und teilt Europa erstmals in Halbzonen mit einem Temperaturbereich von 2,77 Grad Celsius ein (Tabelle 1). Auch hier galt es, ein neues technisches Verfahren zu finden, welches die 30-jährigen Mittelwerte der Jahrestiefsttemperaturen von europäischen Klimastationen unter Einbeziehung von mesoklimatischen Faktoren als Karte darstellen lässt. Tab1

Das steckt dahinter

Für die Berechnung der Karte werden Klimadaten von einem möglichst dichten Messnetz benötigt. Daten von 11 814 Klimastationen aus 37 Ländern wurden von nationalen meteorologischen Instituten, staatlichen Agenturen und vom European Climate Assessment and Dataset (ECA&D) bereitgestellt. Davon wiesen allerdings nur 2369 Stationen eine vollständige 30-jährige Datenreihe auf. Auch die Stationsanzahl pro Land variierte sehr stark in einem Spektrum zwischen 0 (Bulgarien, Kosovo, Monaco, Vatikan) und 3215 (Spanien) (Abb.: 1). Es galt daher zwei Probleme zu lösen: Die Vervollständigung der Datenreihen von 9445 Stationen und die Abdeckung von Gebieten geringer Stationsanzahl mithilfe eines Interpolationsprozesses durch umliegende Stationen.

Die Daten wurden statistisch über eine Regressionsanalyse von Geländehöhe und Tiefsttemperatur aufbereitet, interpoliert und für die Berechnung der jeweiligen 30-jährigen Mittelwerte der Jahrestiefsttemperaturen von 1991 bis 2020 verwendet. Die räumliche Interpolation der Daten erfolgte mithilfe eines Geoinformationssystems, das eine genaue Schätzung der klimatischen Bedingungen ermöglicht.

Das Europäische Digitale Geländemodell (DGM) des Copernicus Land Monitoring Service definiert die Grenzen des Untersuchungsgebietes. Zur Erweiterung der neuen Winterhärtezonenkarte wurde zudem für Osteuropa sowie Nordafrika und die Levante ein gerasterter ENSEMBLES-Datensatz (E-OBS) des ECA&D verwendet. Durch die Interpolation der Klimadaten ergibt sich eine Karte mit einer Auflösung von 600 x 600 Metern für das untersuchte Gebiet in Europa und 7 x 11 Kilometern für die angrenzenden Regionen.

Neue Winterhärtezonen in Europa

Die Ergebnisse der neuen Winterhärtezonenkarte (Abb.: 2) zeigen wie erwartet eine Verschiebung der WHZ um eine Halbzone wärmer im Vergleich zur Referenzperiode 1951 bis 1980. Die Winterhärtezonen erstrecken sich nun von 2a bis 11b, was einer Temperaturspanne von -45,57 Grad Celsius bis +9,99 Grad Celsius entspricht. Diese Veränderungen sind vergleichbar mit den Ergebnissen aus den USA und verdeutlichen die Auswirkungen des Klimawandels. Besonders in den letzten zehn bis 15 Jahren ist ein Trend zu wärmeren Tiefsttemperaturen festzustellen.

In den einzelnen Großregionen Europas ergibt sich ein differenziertes Bild. Nordeuropa umfasst die WHZ 2a bis 8a, wobei die kältesten Gebiete in den nördlichsten Spitzen von Finnland und Norwegen im Kevo Strict Nature Reserve und der Kaldoaivi Wilderness Area liegen. Die Küsten Südnorwegens und Islands sind dagegen verhältnismäßig mild (WHZ 8a).

In Osteuropa kommen die WHZ 3a bis 6b vor. In Mitteleuropa finden sich die WHZ 6b bis 8b, mit Ausnahme des Baltikums mit den WHZ 5b bis 7a und dem Alpenraum. Dort reichen die WHZ von 4b bis 7b.

Westeuropa zeigt mildere WHZ von 7b bis 9b, Südeuropa liegt in den WHZ 7b bis 11b und Südosteuropa in den WHZ 4a (in den Karpaten) bis 10b. Die wärmsten Gebiete erstrecken sich von Portugal über Südspanien, Sizilien, die Balearischen Inseln, Malta, Zypern und die griechischen Inseln sowie Nordafrika mit WHZ 10a bis 11b. Die Zone 11a ist an der südspanischen Küste zwischen Almeria und Malaga und die Zone 11b ausschließlich in den Städten Lissabon und Faro zu finden.

Mesoklimatische Effekte

Die neue Winterhärtezonenkarte berücksichtigt zudem erstmals mesoklimatische Effekte, die durch lokale topografische Merkmale beeinflusst werden. Faktoren wie absolute und relative Geländehöhe, Küstennähe und Hangneigung wurden in die Berechnungen einbezogen, um eine detaillierte Darstellung der klimatischen Bedingungen zu ermöglichen (Abb. 3).

Die Auswirkungen von Ozeanität und Kontinentalität werden durch die Einbeziehung der Küstennähe in ganz Europa deutlich. In Regionen entlang der Küstenlinie sind wärmere Winterhärtezonen im Vergleich zum Landesinneren erkennbar, wobei die Ausprägung des Küsteneffekts von Region zu Region variiert. Insbesondere auf Inseln findet sich eine ausgeprägte warme Zonierung. So ist die Insel Helgoland mit WHZ 9a der wintermildeste Ort Deutschlands, wo es ansonsten eine klare Nordwest-Südost-Abfolge von WHZ 8b (Nordseeküste, Niederrhein, Köln-Bonner Bucht) bis WHZ 7a gibt, die nur durch kühlere Mittelgebirgslagen und den Alpenrand modifiziert wird. In Norwegen ist die Ozeanität ebenfalls durch klare Zonenänderungen gekennzeichnet, oft auf kurzen Entfernungen von WHZ 8b bis 3b. Auch hier werden diese Effekte jedoch stark durch die Geländehöhe modifiziert. Ähnliche Abfolgen sind in den Baltischen Staaten aufgrund der Küstennähe zu beobachten.

Die Höhenstaffelung ist besonders in komplexem Gelände deutlich sichtbar. Die Einbeziehung von absoluter Geländehöhe, relativer Geländehöhe und Hangneigung führt zu detaillierteren Darstellungen der Zonierung in Gebirgsregionen wie den Alpen, Pyrenäen, Karpaten und Skanden. Für Österreich und die Schweiz lassen sich nun sehr detaillierte Aussagen gemäß der bewegten Topografie treffen.

Kaltluftseen werden durch die Interpolation unter Verwendung von absoluter und relativer Geländehöhe in einigen Fällen gut dargestellt. Beispiele sind La Chaux-d'Abel in der Schweiz und die Senke Combe des Amburnex im Waadtländer Jura. Dagegen ist der Kaltluftsee von La Brévine im Neuenburger Jura in seiner Ausdehnung, die nur 1 Kilometer x 2 Kilometer betragen sollte, zu groß dargestellt. Dies kann mehrere Gründe haben, u. a. zu geringe Stationsanzahl, nicht passende Einstellungen im Interpolationsprozess, fehlerhaftes DGM oder zu großer Unterschied der Station La Brévine (WHZ 4b) im Vergleich zu den umliegenden Stationen (WHZ 6b).

Auch Flüsse können die Temperatur eines Gebiets beeinflussen. Große, nicht zugefrorene Flüsse erzeugen bei kaltem Winterwetter durch ihr wärmeres Wasser Luftwärme, aber auch Seerauch und Talnebel. Dies trägt dazu bei, die weitere Abkühlung durch Ausstrahlung zu reduzieren. Einerseits können enge Täler stadtbedingte Erwärmung und Luftverschmutzung länger speichern, andererseits können sie auch Kaltluftseen beherbergen, was bedeutet, dass es innerhalb eines Flusssystems kalte und warme Talabschnitte geben kann. Darauf haben bereits Heinze & Schreiber (1984) hingewiesen. Beispiele für wärmere Zonen im Vergleich zur Umgebung sind am Neckar zu erkennen, wo der Flussverlauf die WHZ 8a deutlich zeigt, aber keine durchgehende Verbindung bis zum Rhein vorhanden ist. Ähnliche wärmere Talverläufe sind an der Donau zwischen Passau und Linz, an der Elbe bei Dresden, am Inn bei Innsbruck (WHZ 7b), am Main zwischen Miltenberg und Aschaffenburg (WHZ 8a), in Norditalien an der Etsch zwischen Bozen und Meran (WHZ 8b) sowie in Frankreich an der Garonne zwischen Langon und Montauban (WHZ 9a) zu erkennen. Die in der alten Karte dargestellten Wärmeinseln an Mittel- und Oberrhein bei Koblenz, Mainz, Worms und Ludwigshafen zeichnen sich mit dem aktuellen Modell nicht ab. Diese Regionen können aber dennoch wintermilder sein als ihr Umland. Es fehlen eventuell nur wenige Zehntel Grad für die nächste Zone.

Ebenfalls unzureichend lassen sich städtische Wärmeinseln identifizieren. Nur durch die Überlagerung mit den nicht interpolierten Stationsdaten treten bei einzelnen städtischen Stationen wärmere Verhältnisse als im Umland zutage. In WHZ 7b sind es im deutschsprachigen Raum die 8a-Exklaven Berlin, Braunschweig, Hildesheim und München sowie Innsbruck, in der WHZ 8a die 8b-Exklaven Frankfurt am Main und Konstanz. Lediglich Wien stellt eine größere Wärmeinsel dar (WHZ 8a).

Unsicherheiten, Chancen und zukünftige Entwicklungen

Jede Interpolationsmethode ist mit Fehlern und Unsicherheiten verbunden, da sie auf mathematischen Annäherungen und diskreten Punktinformationen beruht. Die neue Winterhärtezonenkarte für Europa ist jedoch ein bedeutender Fortschritt gegenüber früheren Versionen. Dennoch wäre es wünschenswert, das Stationsnetz weiter zu verdichten, insbesondere in Regionen mit geringer Stationsdichte wie Portugal, Italien und Südosteuropa. Um städtische Wärmeinseln besser identifizieren zu können, macht es Sinn, auch institutionelle und private Wetterstationen mit einzubeziehen, da die meisten offiziellen Wetterstationen von Städten bisher am Stadtrand und nicht in der Innenstadt verortet sind. Auch die Abbildung von Kaltluftseen muss weiter verfeinert werden.

Mit der neuen Winterhärtezonenkarte von Europa ergibt sich die Chance für eine Überprüfung der Zuordnung der Gehölze zu den Winterhärtezonen. Diese Zuordnung wurde weitgehend in den 1980er- und 1990er-Jahren vorgenommen, durch Bärtels & Schmidt (2014) aber zum Teil schon angepasst. Seitdem haben sich die Klimaverhältnisse geändert, Gehölze wurden bewusst oder unbewusst außerhalb ihrer Winterhärtezonenzuordnung verwendet und haben sich möglicherweise in einer Zone bewährt, die laut Zuordnung eigentlich nicht ihrem Kulturareal entspricht. Neue Arten, zu denen es bisher aufgrund ihrer seltenen Verwendung noch keine validen Angaben zu den Winterhärtezonen gibt, wie Buddleja lindleyana (Lindleys Sommerflieder, Abb.: 4), Citrus trifoliata (Syn. Poncirus trifoliata, Bitterorange) oder Genista aetnensis (Ätna-Ginster) sind im Sortiment hinzugekommen. Gerade bei immergrünen Laubgehölzen und bei Palmen gibt es große Unsicherheiten (Tabelle 2). Ein Blick in die Gärten und Parkanlagen der aktuellen WZH 8 kann hier sehr aufschlussreich sein.

Die Übertragung der Winterhärtezonen auf Stauden hat sich in den vergangenen vier Jahrzehnten in der gärtnerischen Literatur ebenfalls eingebürgert. Einflüsse des Winters auf die Pflanzen sind komplex (Bouillon 2001). Bei Stauden ist häufig die Winternässe oder Spätfrost ein größeres Problem, zum Teil bedingt durch ihre Herkünfte. Daher ist eine einfache Übertragung der Methode auf alle Stauden auf jeden Fall fehlerbehaftet. Aber da die Zuordnung der Gehölze auch nur mit einer 80%igen Überlebenswahrscheinlichkeit einhergeht, sollte dies für Stauden ebenfalls ausreichend sein.

Diese Überlebenswahrscheinlichkeit sagt nichts über eine potentielle Ausbreitung einer Art aus. Dafür sind andere Faktoren ausschlaggebend wie hohe Individuendichte, hohe innerartliche Biodiversität, Sommerwärme zur Ausreifung der Samen oder Keimbedingungen. Zudem darf die mesoklimatische Betrachtung der neuen Winterhärtezonenkarte nicht mit mikroklimatischen Besonderheiten verwechselt werden. Es wird immer wieder kleinräumige Situationen geben, die nicht in der Karte ablesbar sind. In einem windgeschützten Südhof oder an einem Südhang, dessen Kuppe bewaldet ist können die winterlichen Bedingungen ein wenig günstiger sein. Dagegen kann eine nasse Senke, in der Kaltluft durch eine Barriere aus Gehölzen oder Gebäuden nicht abfließen kann, auch ungünstiger sein. Zudem halten sich Pflanzen nicht immer an die Winterhärtezonenabgrenzung. Die neue Winterhärtezonenkarte stellt daher keinen Ersatz für gute Pflanzen- und Standortkenntnisse dar.

Eine regelmäßige Aktualisierung der Winterhärtezonenkarte ist unerlässlich, um den fortschreitenden klimatischen Veränderungen gerecht zu werden. Aufgrund des Trends steigender Jahrestiefsttemperaturen empfiehlt sich eine Aktualisierung nach zehn, spätestens jedoch nach 20 Jahren.

Weitere Informationen

Deutsche Dendrologische Gesellschaft: www.ddg-web.de/whz.html

Quellen

Bärtels, A. & Schmidt, P. A. (Hg.) (2014): Enzyklopädie der Gartengehölze. 2. Aufl. Stuttgart: Ulmer.

Bouillon, J. (2001): Dendrologische Betrachtungen zu Sempervirenz, Winterhärte und Verwendbarkeit wintergrüner und immergrüner Laubgehölze. Mitt. Deutsch. Dendrol. Ges. 86: 27–46.

Daly, C., Widrlechner, M. P., Halbleib, M. D., Smith, J. I. & Gibson, W. P. (2012): Development of a New USDA Plant Hardiness Zone Map for the United States. Journal of Applied Meteorology and Climatology 51 (2): 242–264.

Heinze, W. & Schreiber, D. (1984): Eine neue Kartierung der Winterhärtezonen für Gehölze in Mitteleuropa. Mitt. Deutsch. Dendrol. Ges. 75: 11–56.

USDA [United States Department of Agriculture] (1960): Plant Hardiness Zone Map for the United States. USDA Misc. Publ. 814.

USDA-ARS [United States Department of Agriculture - Agricultural Research Service] (2023): 2023 USDA Plant Hardiness Zone Map. planthardiness.ars.usda.gov.

Wulff, E. & Bouillon, J. (2024): Erstellung einer neuen Winterhärtezonenkarte für Europa unter Berücksichtigung mesoklimatischer Effekte. Mitt. Deutsch. Dendrol. Ges. 109: 81–98.