Erweiterte Zusammenfassung für die Seminarreihe im November 2013

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Zusammenfassung Schon Bekanntes: Bisher war bekannt, dass die Temperaturen von 33 untersuchten Flüssen in der Schweiz seit 1978 statistisch signifikant gestiegen sind, vor allem von Februar bis August; aber nicht kontinuierlich, sondern sprunghaft in den Jahren 1987/1988, mit nur sehr wenigen Trends auf Monatsmittelbasis in den Teilperioden vorher (1978 bis 1987) und nachher (1989 bis 2002, hier erweitert bis 2008). Die Zunahmen geschahen im Mittelland und damit auch in den GZA-Gewässern mehr als in den Alpenregionen (Höhenabhängigkeit). Die Temperaturen der Gewässer schwankten überraschend gut miteinander im Takt (Kohärenz). Dem gegenüber hatten sich die Abflüsse in derselben Zeitspanne kaum verändert.

Vielfältige Suche nach Veränderung: In dieser Arbeit wurde ein grosses Spektrum von Aspekten des Temperatur- und Abfluss-Geschehens untersucht (der GZA-Gewässerstationen mit langen Datenreihen, 4 bei der Temperatur, 6 beim Abfluss): nebst den Tagesmitteln (wie üblich) auch Tagesläufe von Stellvertretertagen für warme und kalte Tage mit ihren Maxima und Minima, beim Abfluss auch Stellvertretertage für hohen und niedrigen Abfluss pro Monat; nebst Trends auch Mittel verschiedener Perioden (auf signifikante Unterschiede getestet), Spannen (vorkommende Werte mit Ober- und Untergrenzen), Wettereinflüsse (Differenzen zwischen Tagesmitteln), und bei der Temperatur die Tagesspannen.

Neues bei der Temperatur: Die warmen Tage sind wärmer geworden von Dezember bis Juli, am meisten im Mai (kleine Flüsse) oder Juni (Aare) um bis zu 4.1°C. Die mittleren und kalten Tage sind wärmer geworden von Januar bis August, um bis zu 3.3°C. Die Sommermaxima überschreiten die 19°C-Grenze (Stress für Bachforellen, für Äschen ab 18°C) neu oder häufiger nach dem Sprung. Die Jahres-Tiefstwerte wanderten frühlingswärts bis Februar oder März. Die April sind im Mittel bis 1.2°C, im Maximum bis 4.1°C wärmer nach dem Sprung und damit heute über 14°C, der oberen Grenze für juvenile Bachforellen. Frühere April-Werte gibt es nach dem Sprung schon im März, selten sogar im Februar. Früherer Frühling und spätere Winterwerte kumulieren zu grösseren Schwankungen. Wie verträglich diese für Jungfische sind, ist fraglich.

Grössere Tagesspannen geschahen im Jahrzehnt nach dem Sprung von Januar bis Ende Sommer, im zweiten Jahrzehnt danach aber Verengung nach höheren Temperaturen von April bis Ende Jahr mit weniger Abkühlung durch die Nacht, im Sommer als Nachteil für die Fische (verminderte Erholungsmöglichkeit), das noch verstärkt in der GZA-Periode von Mai bis Juli in den Bächen. Grössere Spannen (vorkommende Temperaturen pro Monat) nach dem Sprung von Februar bis Mai heisst grössere Schwankungen während der Fortpflanzungszeit der Fische.

Neues beim Abfluss: Abnahmen in den Minima im Winter über die ganze Messperiode. Ab dem zweiten Jahrzehnt nach dem Sprung ereigneten sich mehr Hochwasser, für die Fische gefährlich im Februar und Frühling; dazu in beiden Jahrzehnten nach dem Sprung bis heute mehr Februar- und Frühlings-Niedrigwasser, was auch beim Abfluss mehr Schwankung bewirkte, parallel zu den Temperaturschwankungen in dieser Jahreszeit.

Neue kleine Gewässer: Dank der Kohärenz ist der Sprung mit sehr grosser Wahrscheinlichkeit auch in den kleinen Gewässern geschehen. Die Temperaturparameter der Gewässer < 3 m3/s können höhere Werte annehmen als die der Gewässer > 10 m3/s, müssen aber nicht. Die Maxima der kleinen erreichten bis zu 25.1°C (die der grösseren in derselben Zeitspanne bis zu 21.7°C), die Spannen bis zu 16.6°C (11.2°C), die Tagesspannen bis zu 12.8°C (7.5°C), die Differenzen zwischen den Tagen bis zu 4.1°C (3.0°C).

Neues bei den Fischen: Die thermischen Bedingungen für Bachforellen erfüllen sehr gut der Kiesen, Glütschbach, Müsche, Worble, Chräbsbach und der Gäbelbach. Das Schlüpfen aus den Eiern und die Emergenz von Bachforellen kann wegen der Vorverschiebung des Frühlings um bis zu 9 resp. 15 Tage früher erwartet werden, und zwar in den Monaten März bis Mai, die am meisten wärmer, kälter und schwankender geworden sind. Schnelle Temperaturwechsel (mehr als ± 7°C/h) gibt es sehr selten und nur an Tagen mit Lufttemperaturen über 25°C durch direkte Sonnenbestrahlung oder Gewitterregen. PKD-Perioden (14 Tage 24h lang ≥15°C) werden von Juli bis September erreicht (in der Aare auch im Juni und Oktober). Keine PKD-Perioden haben Zulg, Kiesen, Gürbe Burgistein, Glütschbach, Müsche und Chräbsbach.

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Die wichtigsten Erkenntnisse in grafischer Form

Temperatur, lange Zeitreihen

Signifikante Trends über die Periode 1978 bis 2007 (= y-Achse, p <= 0.05), in [°C pro Periode], HB Fig. 36.

Trends über Tagesmaxima , -mittel , -minima von warmen, mittleren oder kalten Stellvertreter-Tagesläufen pro Jahr und Monat, bestimmt mit der Hann21-Methode (HB Kap. 4.2.1):

Die Trends der Tagesmaxima der warmen Tage ( ) bestimmen die Zunahme der oberen Grenze der vorkommenden Temperaturen.

Die Trends der Tagesmittel der mittleren Tage () entsprechen den konventionellen Monatsmitteltrends.

Die Trends der Tagesminima der kalten Tage ( ) bestimmen die Zunahme der unteren Grenze der vorkommenden Temperaturen.

Die signifikanten Trends der Jahresmittel sind wo vorhanden eingezeichnet (—).

Die warmen Tage sind wärmer geworden von Dezember bis Juli um bis zu 4.1°C.

Die mittleren und kalten Tage sind wärmer geworden von Januar bis August, um bis zu 3.3°C.

Temperaturen pro Monat und Periode vor und nach dem Sprung von 1987/1988 in [°C]

Kolonne 1 gegen 2 und 3: Maximum (0.95-Quantil, —), mittleres Maximum (▬), Mittel (▬), mittleres Minimum (▬) und Minimum (0.05-Quantil, —); Aare Bern ist ähnlich Aare Thun, die Worble ohne Daten vor dem Sprung, aus HB Fig. 37.

Die Sommermaxima überschreiten die 19°C-Grenze (---, die Bachforellen fressen nicht mehr, verbrauchen aber weiter Energie) neu oder häufiger nach dem Sprung (beim mittleren Maximum ●, beim Maximum ●).

Die Tiefstwerte wanderten frühlingswärts über die Perioden bis Februar oder März (●).

Die März sind im Mittel bis 0.9°C und im Maximum bis 3.1°C wärmer nach dem Sprung, die April sind im Mittel bis 1.2°C und im Maximum bis 4.1°C wärmer nach dem Sprung (für den April senkrecht markiert: beim mittleren Max. I, beim Max. |).

April-Temperaturen von vor dem Sprung gibt es nachher schon im März und sogar Februar (beachte die Schnittpunkte der Temperaturen —, ▬, ▬ mit den Hilfslinien — und ▬ ).

Früherer Frühling und späterer Winter kumulieren zu grösseren Schwankungen.

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Mittlere Tagesspannen, Veränderung in den Monatsmitteln [°C], aus HB Fig. 38, ergänzt.

Höher von Januar bis Sommer nach dem Sprung (Differenz-Fläche schwarz ). Enger ab Sommer bis Ende Jahr mit weniger Abkühlung durch die Nacht (Differenz-Fläche grau ). Nochmals enger im Mai, Juni, Juli in der GZA-Periode in den kleinen Gewässern mit wärmeren Nächten (punktiert).

1978 bis 1987 ▬ 1989 bis 1998 ▬ 1999 bis 2007 ▬ 2007 bis 2012 • • • •

Kleine Bäche: mittlere Tagessp. bis 6°C im April (obere Gürbe), maximale Tagessp. bis 12.8° im August (Rotache).

Abfluss, lange Zeitreihen

Abfluss pro Monat und Periode vor und nach dem Sprung von 1987/1988 in [m3/s]

Kolonne 1 gegen Kolonnen 2 und 3: Maximum der Periode (0.95-Quantil, —), mittleres Maximum (▬), Mittel (▬), mittleres Minimum (▬) und Minimum (0.05-Quantil, —); Beginn des Geschiebetriebes in der Aare (—), aus Fig. 14.

Fokus auf Hochwasser und mittleren Abfluss

Fokus auf Niedrigwasser Zum Vergleich die Werte der Periode von 1989 bis 1998 = Jahrzehnt nach dem Sprung: • mittleres Maximum von Februar bis Mai (,) • Periodenmaximum von Februar bis Mai (,)

• mittleres Minimum von Februar bis Mai (,▲) • Periodenminimum von Februar bis Mai (,▲)

Extremere Februare und März (mehr Hoch- und Niedrigwasser) nach dem Sprung und vor allem in der GZA-Periode (s. Fig. 14a,b).

Mehr Hochwasser im zweiten Jahrzehnt nach dem Sprung, für die Fische gefährlich im Februar bis Mai.

Mehr Niedrigwasser im Frühling nach dem Sprung, und schon ab Februar in der GZA-Periode (Fig. 14b).

Mehr Schwankung im Februar und Frühling, parallel zur Temperatur-Schwankung im Frühling.

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Temperatur aller GZA-Gewässer

T = y-Achse [°C], alle Monate = x-Achse; Lange Zeitreihen: Zeilen 1 bis 4; kleine Bäche: Zeilen 5 und 6; Fig. 13.

Legende lange Zeitreihen: Aare Thun TN und Bern BE, Worble WO, Emme EM

Bachforellen-Bedürfnissen als Hintergrund (Zahlen s. unten): Sie gedeihen sehr gut (), gut (), haben Stress (), können sterben ().

Kurven: In jeder Teilgrafik von oben nach unten: Maximaler Periodenwert, mittleres Monats-Maximum, Periodenmittel (schwarz), mittleres Monats-Minimum, minimaler Periodenwert.

Grenzen: über 19°C (●, ), über 14°C im April ist schlecht für Juvenile (, ).

Zahlen: die mittlere Höhe pro Einzugsgebiet (oben rechts, [m. ü. M.]), darunter der mehrjährige mittlere Abfluss [m3/s].

Legende kleine Bäche: Zulg ZUL, Gürbe Burgistein GU, Rotache ROT, Gürbe Belp GE, Glütschbach GLÜ, Kiese KIE, Amletebach AML, Müsche MÜS, Chräbsbach CHR, Giessen Süd GI2, Giessen Nord GI1, Gäbelbach GÄB.

Der Sprung von 1987/1988 hat die Temperaturen auf ein neues Niveau gehoben, z.B. häufigeres Überschreiten der 19°C-Grenze nach dem Sprung; die Klimaerwärmung geht weiter, z.B. beim Überschreiten der 14°C-Grenze im April.

Bedürfnisse in °C

Fortpflanzung BF: 25. Nov. bis 10. Dez,

Äschen: März, April

Eier (Brütlinge) BF: 10. Dez. bis 1. Apr. (1. Juni),

Äschen: März - Mai

Juvenile optimal

Adulte optimal (rot), verträglich (blau)

Bachforellen 1 1 10 13 0 3 9 14 7 14 0 4 10 15 19 25 30 Äschen 4 5 9 15 0 6 14 16 12 17 0 4 15 17 18 24 26

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Fische in veränderten Fliessgewässern

Das Schlüpfen der Bachforellen erfolgt bis 9 Tage früher aus dem Ei (linke Teilgrafik) und das Aufschwimmen bis 15 Tage früher aus dem Kies (Emergenz, rechts) bei etwas wärmeren Temperaturen und vor allem bei schwankenderen Temperaturen, berechnet mit den gemessenen Bachtemperaturen, aus Fig. 14.

Lange Zeitreihen: Aare Thun (—) und Bern (—), Worble (—), Emme (—) Kleine Bäche: ZUL, ROT, KIE (,,X); GU, GE (); GLÜ, AML, MÜS (▲,,X); GI2, GI1 (▲,); CHR, GÄB (▲,)

Wie passen die "heutigen" Temperaturen für Bachforellen?

Tägliche Maxima (—) und Mittel (—) der Bachtemperaturen [°C] im jahreszeitlichen Sinusband (rot, blau) für gutes Gedeihen (ab 70 BF pro km), mit Grenzwerten für Juvenile (rot - blaue Parallelen). Hintergrundfarben: Sie gedeihen sehr gut (), gut (), haben Stress (), sind nach einigen Tagen tot (), Fortpflanzung (gut , ok ), aus Fig. 7.

Wie passen die "heutigen" Temperaturen für Äschen?

Wie oben, aber der Hintergrund für Äschen, † bei 26°C, aus Fig. 8.

Proliferative Kidney Desease PKD:

Die maximale Anzahl Tage nacheinander mit Temperaturen über 15°C während der GZA-Periode 2007 bis 2012 als Index (= y-Achse), zum Vergleich mit der Bedingung laut Literatur für den Ausbruch: Länger als 14 Tage über 15°C (▬), aus Fig. 15.

Warm genug für PKD: Aare TN, BE, Giessen GI2, GI1, Amletebach AML, Worble WO.

Grenzefälle: Rotache ROT, Gürbe Belp GE, Gäbelbach GÄB.

Zu kalt für PKD: Zulg ZUL, Kiesen KIE, Gürbe Burgistein GU, Glütschbach GLÜ, Müsche MÜS und Chräbsbach CHR.

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Test: Jedes einzelne GZA-Gewässer gegenüber den Fischbedürfnissen

(Ergänzungsbericht Seiten 31-33, Fig. 7)

für Bachforellen

Nun können die GZA-Gewässer mit diesem Hintergrund und Temperaturband gemessen werden betreffs Eignung für Bachforellen oder Äschen von den Temperaturen her.

Fig. 7a Temperatur-Tagesmittel (schwarz) und -Tagesmaxima (gelb) der GZA-Gewässer auf dem Hintergrund der Bedürfnisse der Bachforellen (erklärt auf Seite 5). Mit langjährigem Abflussmittel (rechts über jeder Teilgrafik, aus Tab. 1). Reihenfolge der Gewässer: Von geeignet bis nicht geeignet abnehmend.

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Fig. 7b Fortsetzung.

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Fig. 7c Fortsetzung, unten die wärmsten und wahrscheinlich für BF schlechtesten Gewässer.