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4.1

Standardisierter Niederschlagsindex (SPI)

Der SPI zeigt die Trockenphasen (der vergangenen Jahre) deutlich an

Standardisierter Niederschlagsindex (SPI) 12 Monate im Zeitraum Januar 1881- Dezember 2020 im Mittel für NRW (Datengrundlage: DWD).

SPI 12 Monate im Zeitraum Januar 1881 bis Dezember 2020 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.

Datenstand 31.12.2020
Messgröße Standardisierter Niederschlagsindex (SPI), dimensionslos
Räumliche Abdeckung Nordrhein-Westfalen (NRW)
Datenquelle Deutscher Wetterdienst (DWD)
Fortschreibungsturnus jährlich
DPSIR-Indikator Impact
  • Bezug zum Klimawandel

    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.

  • Definition und Berechnung

    Der SPI (Abgekürzt aus dem englischen "Standardized Precipitation Index") 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 (komplette Zeitreihe) zu trocken oder zu feucht ist. Als Indikator wird 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.

    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 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 2020a). Die SPI-Werte können mit unten stehender Tabelle interpretiert werden.

    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.

    Für alle Zeitreihen erfolgt eine Trendberechnung nach der Methode des Umweltbundesamtes zum Monitoringbericht 2019 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel, kurz "DAS - Methode" genannt. Die Entwicklung der Trends wird tabellarisch dargestellt. Zusätzlich wird die Veränderung über die Zeitreihe berechnet. Für eine kurze Einführung in die Trendberechnung steht ihnen die Seite zur Methodik im Serviceteil zur Verfügung.

    Literatur:

    DWD (Deutscher Wetterdienst) 2020a: 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.

    Wahrschein-
    lichkeit in %
    SPIStärke der
    Anomalie
    2,3≥ 2,0Extrem zu feucht
    4,41,5 bis 2,0Deutlich zu feucht
    9,21,0 bis 1,5Mäßig zu feucht
    34,10,0 bis 1,0Fast normal (etwas zu feucht)
    34,1-1,0 bis 0,0Fast normal (etwas zu trocken)
    9,2-1,5 bis -1,0Mäßig zu trocken
    4,4-2,0 bis -1,5Deutlich zu trocken
    2,3≤-2,0Extrem zu trocken
  • Zeitreihe und Trend

    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 dimensionslosen Punkten, die einen Wechsel von leicht zu trockenen zu leicht zu feuchten Bedingungen darstellen.

    Da sich die SPI-Werte aus Abweichungen der langjährigen Normalverteilungskurve berechnen, liegt der für die gesamte Zeitreihe berechnete 12 - monatlich geglättete SPI-Mittelwert bei 0, samtliche 12 Monatswerte in der dargestellten Zeitreihe stellen Abweichungen davon dar.

    Die Trendanalyse nach der "DAS-Methode" konnte keinen signifikanten Anstieg feststellen.

    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. „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“. Ende 2020 befand sich der SPI 12 Monate im Bereich „fast normal/etwas zu trocken“.

    Zeitreihe
    dimensionslos
    TrendMittelwertÄnderung
    Standardisierter Niederschlagsindex
    (1881 - 2020)
    kt0-
    Standardisierter Niederschlagsindex
    (1951 - 2020)
    kt0,2-
    Klimanormalperiode
    dimensionslos
    1881-
    1910
    1891-
    1920
    1901-
    1930
    1911-
    1940
    1921-
    1950
    1931-
    1960
    1941-
    1970
    1951-
    1980
    1961-
    1990
    1971-
    2000
    1981-
    2010
    1991-
    2020
    Standardisierter Niederschlagsindex-0,29-0,20-0,12-0,17-0,15-0,080,180,050,250,210,560,21
  • Legende Trendsymbole

    Trendbeschreibung

    kssteigender Trend
    kffallender Trend
    kuTrend mit Trendumkehr: zuerst fallend, dann steigend
    knTrend mit Trendumkehr: zuerst steigend, dann fallend
    kqfallender quadratischer Trend
    ktkein Trend

    Trendbewertung

    +s+f+u
    +n+q
    günstige Entwicklung
    -s-f-u
    -n-q
    ungünstige Entwicklung
    kskfku
    knkqkt
    keine Bewertung der Entwicklung möglich oder gleichzeitig günstige und ungünstige Entwicklungsaspekte vorhanden

     

  • Stärken des Indikators

  • Schwächen des Indikators

  • Weiterentwicklung des Indikators

  • Datenquellen / Ergänzungen

Handlungsfeld Wasserwirtschaft und Hochwasserschutz

SPI -3,5 -3,4 -3,3 -3,2 -3,1 -3 -2,9 -2,8 -2,7 -2,6 -2,5 -2,4 -2,3 -2,2 -2,1 -2 -1,9 -1,8 -1,7 -1,6 -1,5 -1,4 -1,3 -1,2 -1,1 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5
Frequency       2 1 2 4 2 2 3 5 3 3 2 11 13 20 12 17 15 35 19 27 25 28 25 34 31 46 42 52 82 69 73 85 66 59 63 80 70 68 46 51 58 34 37 40 33 28 20 28 20 16 10 8 9 10 9 3 3 2 1 2 1              
Monat Jan 1881 Feb 1881 Mrz 1881 Apr 1881 Mai 1881 Jun 1881 Jul 1881 Aug 1881 Sep 1881 Okt 1881 Nov 1881 Dez 1881 Jan 1882 Feb 1882 Mrz 1882 Apr 1882 Mai 1882 Jun 1882 Jul 1882 Aug 1882 Sep 1882 Okt 1882 Nov 1882 Dez 1882 Jan 1883 Feb 1883 Mrz 1883 Apr 1883 Mai 1883 Jun 1883 Jul 1883 Aug 1883 Sep 1883 Okt 1883 Nov 1883 Dez 1883 Jan 1884 Feb 1884 Mrz 1884 Apr 1884 Mai 1884 Jun 1884 Jul 1884 Aug 1884 Sep 1884 Okt 1884 Nov 1884 Dez 1884 Jan 1885 Feb 1885 Mrz 1885 Apr 1885 Mai 1885 Jun 1885 Jul 1885 Aug 1885 Sep 1885 Okt 1885 Nov 1885 Dez 1885 Jan 1886 Feb 1886 Mrz 1886 Apr 1886 Mai 1886 Jun 1886 Jul 1886 Aug 1886 Sep 1886 Okt 1886 Nov 1886 Dez 1886 Jan 1886 Feb 1886 Mrz 1886 Apr 1886 Mai 1886 Jun 1886 Jul 1886 Aug 1886 Sep 1886 Okt 1886 Nov 1886 Dez 1886 Jan 1887 Feb 1887 Mrz 1887 Apr 1887 Mai 1887 Jun 1887 Jul 1887 Aug 1887 Sep 1887 Okt 1887 Nov 1887 Dez 1887 Jan 1889 Feb 1889 Mrz 1889 Apr 1889 Mai 1889 Jun 1889 Jul 1889 Aug 1889 Sep 1889 Okt 1889 Nov 1889 Dez 1890 Jan 1890 Feb 1890 Mrz 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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