Ein Sommer wie früher

Die Hälfte des Sommers ist vorbei - und die Anzahl der Tage über 30°C von letztem Jahr haben wir bereits übertroffen, während zum aktuellen Rekordhalter 2024 noch 19 zusätzliche Hitzetage fehlen. Manche Tage der vergangenen Woche boten eine Verschnaufpause von der Hitze, die Trockenheit blieb freilich bestehen. Die spärlich gefallenen Regentropfen waren keine echte Entlastung, und Anfang August wird uns die nächste Hitzewelle bescheren.

Diesen Zeitpunkt mitten in einem der wärmsten Sommer unserer Messgeschichte mag ich zu einem kurzen Rückblick über die ostösterreichischen Sommer der vergangenen Jahrzehnte nutzen. Das ultimative Ziel: Den sagenumwobenen Sommer wie damals zu finden. Wie immer eine Reise mit Umwegen.

Zur Analyse bestgeeignet ist Österreichs bekannteste Wetterstation - die Rede ist leider (?) nicht von Wolkersdorf, aber immerhin eine räumlich nicht allzu entfernte Station. Die Rede ist von der Wiener Hohe Warte, der Döblinger Fels in der Brandung verschiedener Staatsformen, Krieg und Frieden, technologischer Entwicklungen und fragwürdiger Umbenennungen. An einer Geländekante oberhalb von Heiligenstadt ist der österreichische Wetterdienst dort mit einer kurzen Unterbrechung schon seit mehr als 150 Jahren angesiedelt. Nur um sich der historischen Dimension gewahr zu werden: Als der Wetterdienst gegründet wurde, war er de facto für halb Mitteleuropa zuständig, denn als k.u.k. Institut war man für die gesamte Donaumonarchie zuständig. Die Unterbrechung der Tätigkeit auf der Hohen Warte illustriert ebenfalls die wechselvolle Geschichte: Im 2. Weltkrieg wurde der österreichische Wetterdienst formal aufgelöst und die Agenden nach Berlin übersiedelt - und damit auch viele historische Wetteraufzeichnungen. Durch einen Bombentreffer in Berlin gingen 1944 diese Wetteraufzeichnungen verloren, nur von der Hohen Warte und einer Handvoll anderer österreichischer Stationen blieben sie erhalten - für die Klimatologie bis heute ein riesiger Verlust.

Zu unserer Interpretation und Analyse der langen Wiener Temperaturmessreihe müssen vorrangig zwei Dinge aus dem Weg geräumt werden: Erstens, hat sich die Messumgebung im Laufe der Zeit signifikant verändert, und zweitens, welche Auswirkungen hatten Änderungen der Messtechnik auf die Daten?

1) Die Stationsumgebung der Hohen Warte

Kein städtischer Messstandort bleibt bei einer mehr als 150-jährigen Geschichte frei von Veränderungen. Wie sich die Umgebung auf Messwerte auswirken kann, könnte angesichts des alten Wolkersdorfer Stationsstandorts allen Lesern und Leserinnen früherer Beiträge in, naja, bester Erinnerung sein.

Die Hohe Warte befindet sich heute wie damals in einem vorstädtischen, locker bebauten Umfeld; allerdings mit ein paar signifikanten Änderungen. In den 1920ern wurde das vormalige Ziegelwerk an der Geländekante hinab zur Heiligenstädter Straße durch ein damals revolutionäres Fußballstadion ersetzt, die Heimstätte der Vienna. Ende der 1960er trug der Neubau eines Bürogebäudes am nördlichen Ende des Messgartens dem steigenden Büroarbeitsplatzbedarf der Zentralanstalt Rechnung. Das südlich angrenzende Grundstück veränderte sich schließlich Mitte der 2010er-Jahre, als die dort befindliche Präsidentenvilla - zuletzt von Thomas Klestil bewohnt, Heinz Fischer wollte dann nicht mehr so nahe an einer Wetterstation residieren - von der Republik verkauft und durch einen kapitalmarktoptimierten Neubau ersetzt wurde. Seitens des Bezirks gab es zwar Auflagen zur Erhaltung des villenartigen Charakters der Gegend, im Vergleich zu früher mehr bebaut wurde trotzdem. Wir sehen uns in Kürze an, ob sich diese Veränderungen in den Messdaten bemerkbar gemacht haben.

2) Die Messtechnik im Wandel der Zeit

Nachdem es hier um Hitzewellen gehen soll, greife ich in erster Linie die Messwerte der Temperaturmaxima zurück. Man würde es kaum meinen, aber es handelt sich um eine einigermaßen tückische Messgröße. Denn wie hat man sie im vor-digitalen Zeitalter überhaupt gemessen, ohne permanent auf ein Thermometer schauen zu müssen? Die technische Lösung waren Maximum- und Minimumsthermometer, die einen Schieber mitführten. Dieser Schieber verblieb dann an der maximalen oder minimalen Position, bevor er manuell wieder zurückgesetzt wurde. Für die Maximumsthermometer wurde Quecksilber als Trägermedium verwendet, mit einer Auflösung von 0,2°C. Für Minimumsthermometer aufgrund des niedrigeren Gefrierpunktes Alkohol, allerdings mit geringerer Auflösung von 0,5°C. Für die Routinebeobachtungen zu festgelegten Zeiten (üblicherweise drei über den Tag verteilte Termine, wobei auch diese über die Jahre leicht angepasst wurden) wurde ein anderes, noch genaueres Thermometer verwendet. Österreichweit wurden alle Thermometer regelmäßig mit Vergleichsthermometern überprüft, und mindestens in 10-Jahresabständen zur Kalibrierung an die Zentralanstalt geschickt. Auf der Hohen Warte galten sowieso höchste Standards mit permanenten Vergleichsmessungen mit mehreren Thermometern; auch das ein Vorteil der Verwendung dieser Daten.

Mit heutigen digitalen Sensoren lässt sich Temperatur rund um die Uhr mit Leichtigkeit mit sekündlicher Präzision aufzeichnen, und auch kurzfristige Schwankungen werden (mit leichter zeitlicher Mittelung) genau erfasst. Wer sich die minütlich aktualisierten Werte auf dieser Seite an einem heißen Sommertag schon angesehen hat, wird vermutlich auch schon die teils erheblichen, kurzlebigen Schwankungen beobachtet haben: Nicht selten bis zu 0,5°C von einer Minute zur nächsten. Die starke Sonneneinstrahlung bedingt erhebliche Wärmeflüsse von der Erdoberfläche an die angrenzenden Luftschichten, und das führt zu thermischer Turbulenz. Ebendiese Turbulenz bewirkt, dass in kurzer Abfolge Blasen von kühlerer und wärmerer Luft zum Thermometer gelangen. Mit klassischen Quecksilber- oder Alkoholthermometern werden diese Schwankungen aufgrund der größeren Trägheit stärker ausgeglichen, während moderne Temperatursensoren sie genau erfassen können. Dieser Fortschritt der Messtechnik kann also dazu führen, dass kurzfristige Temperaturspitzen - und damit auch die Höchsttemperatur - im Vergleich der Thermometer heute etwas höher ausfallen als früher. Die Geschichte hat freilich auch eine andere Seite: Designverbesserungen von Strahlungsschutz und Belüftung sowie automatische Datenqualitätskontrollen sorgen dafür, dass die eine oder andere Temperaturspitze so nicht mehr zustandekommt oder (zurecht) als fehlerhaft erkannt wird. Hinter systematischen Veränderungen der Messtechnik steckt also weniger die große Verschwörung als der Drang, der "wahren Lufttemperatur" so nahe wie möglich zu kommen - zum Preis, dass historische Temperaturmessungen dadurch schwieriger zu vergleichen sind.

Neben der Technik haben sich auch die Praktiken für die Platzierung von Thermometern verändert. Während die Temperatur in der Frühphase der Meteorologie bevorzugt im Schatten von Gebäuden gemessen wurde, also in unserer Hemisphäre im Allgemeinen an der Nordseite - um Strahlungsfehler bei der Messung zu vermeiden - wechselte man im Laufe des 20. Jahrhunderts überall auf die "Freilandmessung", möglichst weit entfernt von Bauwerken oder anderen Hindernissen. Um die Beeinflussung durch Strahlung gering zu halten, wurden dann per Ventilator aktiv belüftete Wetterhütten eingesetzt. An der Hohen Warte bedeutete das eine Versetzung um ca. 50 Meter in den heutigen Messgarten, wobei es leider keinerlei öffentlich abrufbare Information darüber gibt, ab wann genau die Daten aus dem Messgarten standardmäßig verwendet wurden. Zwar ist bekannt, dass die Station im Messgarten 1947 eröffnet wurde (nachzulesen in dieser lesenswerten Publikation aus dem ALOCLIM-Projekt der ZAMG, das später in den HISTALP-Datensatz gemündet ist), was aber noch lange nicht heißt, dass die heute über den GeoSphere Datahub verteilten Daten prompt ab diesem Jahr vom neuen Standort stammen. Die Versetzung des Thermometers wurde an der Hohen Warte nämlich von einer 40-jährigen (!) Parallelmessung am alten Standort begleitet, um die Folgen für die Klimareihe bestmöglich abschätzen und korrigieren zu können. Das gibt, nebenbei bemerkt, eine Vorstellung von der Akribie, mit der in der Meteorologie bisweilen gearbeitet werden kann. Es gibt jedenfalls sehr gute Gründe anzunehmen, dass die öffentlich verbreiteten Maximaltemperaturen erst ab Mitte der 1950er-Jahre aus dem Messgarten stammen - siehe unten. Frommer Wunsch an dieser Stelle: Dass auch solche Metadaten über die Stationshistorie denselben Stellenwert bekommen wie die Messwerte selbst.

Die Synthese: Der Plausibilitätscheck

Mit diesem Hintergrundwissen fällt es etwas leichter, die erste Grafik zu verdauen. Um systematische Brüche in der Messreihe zu detektieren - die von mehreren der oben genannten Änderungen hervorgerufen worden sein könnten - ist die beste Vorgangsweise der Vergleich mit nahegelegenen Messstationen. Das können einerseits die oben erwähnten anlassbezogenen Parallelmessungen sein, oder auch Vergleiche mit sowieso betriebenen nahegelegenen Wetterstationen. Nachdem auch diese nahegelegenen Wetterstationen ihrerseits Brüche in den Messreihen haben, muss der Vergleich unbedingt mit mehreren Stationen durchgeführt werden, um die von einer Änderung betroffene Station zu triangulieren.

Der Vergleich läuft nach folgendem Schema ab: Zunächst wird eine Zeitreihe der Temperaturdifferenz gebildet, einfach indem die Messwerte einer Station von den Messwerten der anderen Station abgezogen werden. Dann gibt es unterschiedliche statistische Verfahren, um eine Änderung (zum Beispiel) des Mittelwerts dieser Temperaturdifferenz zu einem bestimmten Zeitpunkt zu detektieren. Ich habe mit der "BEAST"-Methode gearbeitet; eine vergleichsweise neue Methode, mit der durch die Kombination mehrerer statistischer Modelle Bruchwahrscheinlichkeiten ausgegeben werden können. Für wirklich Interessierte mehr dazu in diesem Paper.

Für die Hohe Warte habe ich so einen Vergleich mit den Stationen in Groß-Enzersdorf (in der Abbildung unten) und Wiener Neustadt (nicht mehr dargestellt, da sehr ähnlich) durchgeführt, die beide eine lange Messreihe seit dem 2. Weltkrieg vorzuweisen haben.

Der einzige deutlich über einen Unterschied von 0,5°C hinausgehende Bruch der Maximaltemperatur hat sich 1954 zugetragen: Plötzlich ist sie auf der Hohen Warte in den Sommermonaten um etwa 1°C nach oben geschnellt, konsistent über die Stationsvergleiche hinweg. Die Schlussfolgerung lautet, dass mit diesem Jahr die Klimareihe der Hohen Warte auf den neuen Messgarten umgestellt wurde. Der plötzliche Sprung der Maximaltemperatur von etwa 1°C deckt sich gut mit den Werten, die in der oben genannten ALOCLIM-Publikation der ZAMG angegeben werden - und die Größenordnung ist auch plausibel für einen Wechsel vom Dauerschatten zum sonnigen Messgarten. Die Versetzung dürfte Temperaturmaxima mit am meisten beeinflusst haben: Die Mitteltemperatur, berechnet aus den einzelnen Beobachtungsterminen, änderte sich nur um 0,1°C. Das ist darauf zurückzuführen, dass am neuen Standort dann nicht nur höhere Maxima, sondern auch tiefere Minimaltemperaturen gemessen wurden - ebenfalls plausibel angesichts der zunehmenden Distanz zu einem wärmespeichernden Gebäude.

Das aus dem Weg geschafft habend ist nun also klar, dass die Zeitreihe vor 1954 mit Vorsicht zu genießen ist. Man müsste den Datensatz homogenisieren - die Werte vor 1954 also basierend auf den Vergleichsmessungen korrigieren - aber das würde den Rahmen dieses Beitrags noch weiter sprengen, und auch meinen Kompetenzbereich erheblich überschreiten. Der erwähnte HISTALP-Datensatz bietet zwar schon eine homogenisierte Zeitreihe, allerdings nur für die Mitteltemperatur, nicht für Tagesmaxima.

Wenn wir uns auf die Zeit nach 1954 beschränken, ist der größte Vorteil der Hohen Warte abhanden gekommen - aber immerhin haben wir immer noch einen zumindest ab den 1950ern hervorragend betreuten Messstandort vorzuweisen. Nachdem das anthropogene Klimawandelsignal erst ab den 1980ern so richtig durchstarten sollte, sind da noch einige Dekaden mit vermeintlich typischen Wiener Sommern enthalten.

Ohne weitere Umschweife hier unterhalb also das konkrete Bild der Maximaltemperatur im Laufe der Zeit, einmal pro Jahr (Panel oben), einmal aufgeschlüsselt nach Jahreszeiten (Viererpanel unten). Schwarz strichliniert ist die Trendkurve über den gesamten Zeitraum seit 1954, und rot das 30-jährige rollierende Mittel (mit Gauß-Tiefpassfilter). Wenig überraschend hat sich die tägliche Maximaltemperatur in allen Jahreszeiten erhöht, insgesamt um etwa 0,46°C pro Dekade und mit beschleunigtem Trend seit den 1980ern. Der Sommer erwärmt sich am stärksten, der Herbst am langsamsten - das deckt sich mit anderen Auswertungen zum Klimawandel in Mitteleuropa.

Die These zum starken Anstieg im Sommer und der gedämpften Änderung im Herbst wäre, dass sich sowohl im Sommer als auch im Herbst Hochdrucklagen verstärken, wobei sie in diesen beiden Jahreszeiten gänzlich gegenläufige Wettererfahrungen produzieren: Im Hochsommer wolkenlosen Himmel von früh bis spät, im Herbst die klassischen Inversions- und Nebelwetterlagen. Wie ein Vergleich mit Messdaten der Sonnenscheindauer zeigt (hier greife ich reinen Gewissens auf HISTALP zurück; systematische Änderungen bei der Messung der Sonnenscheindauer wollte ich nun nicht mehr recherchieren), sind die Wiener Sommer der letzten Jahrzehnte besonders sonnig, während der Herbst in Bezug auf die Sonnenscheindauer in etwa stagniert.

Als Erklärung ebenfalls immer wieder ins Spiel gebracht wird die Maskierung des Treibhauseffekts durch Smog in früheren Jahrzehnten: Durch die schlechte Luftqualität in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde die einfallende Strahlung teilweise rückgestreut, was die Temperaturen leicht gedämpft haben sollte - und dem Temperatursignal des zunehmenden Treibhauseffekts entgegenwirkte. Nun, da die Luftqualität in den letzten Jahrzehnten aufgrund politischer Maßnahmen (zum Glück!) gestiegen ist, kann die gestiegene CO2-Konzentration ohne diesen gegenläufigen Effekt wirken. Und nachdem die Sonneneinstrahlung im Spätfrühling und Sommer am höchsten ist, macht sich die geringere Lufttrübung vor allem da bemerkbar, und weniger im Herbst, wenn es durch Nebellagen relativ wenige Sonnenstunden gibt.

Von der jährlichen bzw. saisonalen Betrachtungsweise abgehend, kann man die Temperaturmaxima natürlich noch genauer nach dem Jahresverlauf aufdröseln. Dann ergibt sich folgendes Bild:

Hier sind die Kurven der täglichen Maximaltemperatur im Jahresverlauf für zwei unterschiedliche Perioden dargestellt (siehe Infotext in der Grafik). Unschwer zu erkennen ist die letzte 30-Jahr-Periode wärmer ausgefallen, im Mittel mit etwa 1,5°C höheren Tagesmaxima. Es gibt aber einzelne Phasen im Jahr, in denen die Erwärmung nicht so stark ausgeprägt ist. Bemerkenswert finde ich neben dem Herbst den Erwärmungseinbruch Mitte Mai, für den man eine dynamische Ursache zumindest postulieren kann. Man erkennt nach dem Anstieg der Temperaturkurven von Mitte April bis Mitte Mai in beiden Klimaperioden eine vorübergehende Abflachung der Kurve, also eine kurze Pause der strahlungsgetriebenen, jahreszeitlichen Erwärmung. Das Phänomen ist grundsätzlich bekannt: Ein tiefdruckbedingter Kaltlufteinbruch nach der ersten frühsommerlichen Wetterphase wird vom zunehmenden Temperaturgegensatz zwischen Kontinent und Meer eingeleitet, und situationselastisch gerne den Eisheiligen oder der kalten Sophie zugeschrieben, was zeitlich gerade besser passt. In den letzten Jahrzehnten scheint dieser Kaltlufteinbruch aber etwas früher im Jahr einzutreffen, im Mittel um etwa 1 bis 2 Wochen. Weniger kalte Sophie, mehr Eisheilige. Dadurch, dass die Temperaturkurven in den Vergleichszeiträumen nicht synchron sind, ergibt sich also eine verringerte Differenz Mitte Mai, als in den letzten 30 Jahren der Kaltlufteinbruch typischerweise schon eingetroffen war, im alten Klima aber noch nicht.

Nun aber zur Beantwortung der eigentlich anfangs gestellten Frage: Wie sieht ein Sommer wie früher aus? Ich will anders als oben nicht quer über eine 30-Jahresperiode mitteln, sondern einen repräsentativen Sommer vorstellen. Ganz leicht: Wieder nach den Tagesmaxima der Lufttemperatur gehend, suche ich den Sommer, der am nähesten am Median der Sommer von 1956-1985 liegt. Das heißt: Die Hälfte der Sommer in dieser Periode war kühler, die andere Hälfte wärmer. Mit diesem Auswahlprozedere landet man beim Sommer 1958:

Gut zu erkennen sind auch hier einzelne Hitzewellen mit Tagesmaxima über 30°C, über weite Teile des Sommers aber deutlich niedrigere Werte zwischen 20 und 25°C. Zur Einordnung: In Wolkersdorf lag das niedrigste Tagesmaximum seit dem 16. Juni heuer am 23. Juli bei 24,6°C, und das war auch der einzige (!) Tag mit einer Höchsttemperatur unter 25°C. Ich mag mir die Schlagzeilen nicht ausmalen, gäbe es heutzutage noch einmal einen Sommer wie 1958, also einen für den Zeitraum 1956 bis 1985 absolut typischen Sommer.

Der Vollständigkeit halber hier unterhalb auch der kälteste Sommer seit 1956 - das war der Sommer 1965 - im direkten Vergleich mit dem bisherigen Rekordsommer 2024:

Abschließend kommt es noch zum Showdown zwischen Hoher Warte und Wolkersdorf, Wiener Vorstadt gegen Speckgürtel. Für den neuen Wolkersdorfer TAWES-Standort habe ich den typischen Tagesverlauf der Temperatur an Hitzetagen verglichen, um die Unterschiede zwischen Wien - wenn auch nicht Innenstadt - und Wolkersdorf herauszuarbeiten.

Die Tageshöchsttemperatur unterscheidet sich an heißen Tagen zwischen Wolkersdorf und Wien (Döbling) nur minimal, die weiter oben gezeigten Ergebnisse dürfen also mit nur wenig Vorbehalt auf Wolkersdorf umgelegt werden. Die städtische Wärmeinsel und die leichte erhöhte Lage der Hohen Warte machen sich in allererster Linie nachts bemerkbar, mit einem durchschnittlichen (!) Temperaturunterschied von mehr als 2°C in der zweiten Nachthälfte. Hitzewellen in der Stadt werden nicht dadurch unerträglich, dass es untertags heißer wäre - das ist nicht der Fall - sondern nachts. Das rückt wohl auch die immer wieder gehörte Argumentation zurecht, dass ein beträchtlicher Teil der Klimaerwärmung auf zunehmende Verbauung und Versiegelung im Umfeld der Wetterstationen zurückginge. Was das Tagesmaximum betrifft, ist festzuhalten, dass die Verbauung eine erstaunlich geringe Rolle spielt (ganz im Gegensatz zum Temperaturminimum); das gilt selbstverständlich eher großräumig betrachtet und unter genormten Messbedingungen, also eher nicht wenn man ein Fieberthermometer auf den nächsten Supermarktparkplatz legt. Bei uns im östlichen Flachland wird die Höchsttemperatur an Hitzetagen in erster Linie durch die Seehöhe determiniert - zur Erinnerung, bei der typischen Temperaturschichtung an sonnigen Sommertagen nimmt die Temperatur um etwa 1°C pro 100 Höhenmeter ab. Die Conclusio wird auch dadurch untermauert, dass die österreichweiten Temperaturrekorde bei den jüngsten Hitzewellen nur selten in großen Städten aufgestellt wurden. Ok, im Juni wurden in der Inneren Stadt in Wien zwar auch erstmals 40°C gemessen, aber Mistelbach kratzte mit 39,9°C auch am ersten offiziell gemessenen Vierziger im Weinviertel. Die Hohe Warte verzeichnete "nur" 39,7°C.

Der Vergleich zeigt sogar, dass die Wolkersdorfer Station an den Tagesrändern im Durchschnitt minimal wärmer ist; sich die Luft in der Früh also schneller aufheizt und vor Sonnenuntergang langsamer abfällt. Mein Erklärungsversuch dazu wäre, dass es an der Hohen Warte bei tiefstehender Sonne schattiger ist, während an einer freistehenden Station wie Wolkersdorf länger die Sonne einfällt. Der zaghafte Wiener Temperaturanstieg am Tagesbeginn könnte freilich auch auf die Kehrseite des Wärmeinseleffekts hindeuten - die Beton- und Asphaltmasse, die wir liebevoll Wien nennen, braucht aufgrund der hohen Wärmekapazität auch länger, um sich zu erwärmen, als die staubtrockene Weinviertler Pampa.

Soweit zu den Sommern der Vergangenheit - die nähere Zukunft ist mit Höchstwerten weit jenseits der 30°C jedenfalls dazu angetan, sich gedanklich oder körperlich nach Skandinavien zu begeben. Trondheim, beispielsweise: Bis weit in den August hinein kein Tag über 20°C, regnerisch ...

Derartige Abkühlung ist bei uns noch in weiter Ferne - die Hitzewelle hält voraussichtlich bis zum zweiten Augustwochenende an. Ha det bra!