Bodenwasserhaushalt

Der Boden übernimmt eine zentrale Rolle im Wasserkreislauf. Er ist in der Lage, Wasser aufzunehmen, zu speichern und den Pflanzen zur Verfügung zu stellen. Damit trägt der Boden wesentlich zur Temperaturausbildung der unteren Atmosphäre bei.

Wie viel Wasser der Boden halten kann, ist von den Eigenschaften des Bodens (u.a. Anteil organischer Bodensubstanz, Bodenart) abhängig.

Durch den Klimawandel kommt es zu einer saisonalen Verschiebung der Niederschlagsmenge. Die Niederschlagsmenge steigt in den Wintermonaten und sinkt in den Sommermonaten. Die Verdunstungsmenge ist im Winterhalbjahr durch die niedrigeren Temperaturen geringer als die Niederschlagsmenge, wodurch der Bodenwasserspeicher aufgefüllt wird. In dem Sommerhalbjahr ist die Verdunstungsmenge höher als die Niederschlagsmenge, dadurch wird der Bodenwasserspeicher verbraucht. Zusätzlich verlängert sich durch die steigenden Temperaturen die Vegetationsperiode, wodurch die Pflanzen mehr im Boden verfügbares Wasser aufnehmen. Auch durch die zunehmende Bewässerung der landwirtschaftlich genutzten Flächen steigt die Nutzung des Wasserspeichers.

Die Häufung von Starkregenereignissen führt nicht zu einer Auffüllung des Wasserspeichers, da der Boden nicht in der Lage ist, große Mengen des Niederschlags gleichzeitig aufzunehmen. Es kommt zu einem erhöhten Oberflächenabfluss, die Folge kann vor allem in Städten zu Hochwasser führen. Bei einer Knappheit von Wasser durch Dürreperioden trocknen Pflanzen aus und die Kühlleistung des Bodens wird minimiert.

Die Bodenfeuchte wird in NRW im Rahmen des Klimafolgenmonitorings überwacht.

Die Bodenfeuchte wird häufig zusätzlich mit komplexen Bodenwasserhaushaltsmodellen berechnet. Vom DWD sind Zeitreihen mit Landesmittelwerten zum pflanzenverfügbaren Wasser, der nutzbaren Feldkapazität (nFK), verfügbar. Der DWD verwendet für die Modellierung der Bodenfeuchte das AMBAV Modell. Dabei wird das Modell mit Daten von Bodenfeuchtemessstellen validiert.

Die Daten können als „Bodenfeuchte-Blöcke“ dargestellt werden (Klimabericht 2021, S. 121 und Abb. unten
), sodass langfristige Veränderungen gut sichtbar sind. Es ist eine Abnahme der Bodenfeuchte in NRW in den Jahren 1991-2021 erkennbar. Dabei stechen die trockenen Jahre 2018 bis 2020 mit trockenen Frühjahr- und Sommermonaten (Mai bis September) besonders heraus.

"Bodenfeuchte-Blöcke", Quelle: Deutscher Wetterdienst

Immer deutlicher zeigen sich die Auswirkungen durch unterdurchschnittliche Niederschläge über längere Perioden, was als meteorologische Dürre bezeichnet wird.
Die Auswirkungen von Dürreperioden auf den Boden konnten in NRW in den Jahren 2018 und 2019 beobachtet werden. Die Böden trockneten aus, was zu Ernteausfällen und Baumschäden in der Land- und Forstwirtschaft führte.
Bei ausgetrockneten Böden kommt es nicht zu einer Grundwasserneubildung, deswegen stieg der Anteil der LANUV-Messstellen in 2020 mit deutlich zu niedrigem Grundwasserstand von gut 20 % auf über 70 %.

Innerhalb diese Fachinformationssystems lässt sich die Entwicklung der Dürre im Klima-Atlas NRW unter folgenden Themblöcken verfolgen.

Themenblock "Boden"

Hier werden die Daten des UFZ-Dürremonitors angezeigt, differenziert nach:

Pflanzenverfügbarem Bodenwasser
Bodenwasserindex (gesamt)
Bodenwasserindex (0-25 cm Tiefe)

Themenblock "Wald- und Forstwirtschaft"

Dürrempfindlichkeit der Wälder

Themenblock "Niederschlag"

Standardisierter Niederschlagsindex

Themenblock "Landwirtschaft"

Dürreempfindlichkeit Grünland
Dürreempfindlichkeit Acker

Da durch den Klimawandel in Zukunft Dürreereignisse wahrscheinlicher werden, sind Maßnahmen zur Anpassung durch die Forst- und Landwirtschaft sowie durch die Städte erforderlich.

Freie Bodenflächen und entsiegelte Flächen in urbanen Gebieten sorgen dafür, dass Niederschlagswasser in den Boden infiltrieren kann, anstatt in die Kanalisation abgeleitet zu werden. Im Hochwasserfall kann anstehendes Wasser zurückgehalten werden. In der Stadtplanung wird dieses Konzept „Schwammstadt“ genannt. Per Erlass vom 13.06.2024 sind die kommunalen Bestrebungen dazu gemäß der Richtlinie KRiS "Klimaresiliente Region mit internationaler Strahlkraft" förderfähig.

Durch die Verdunstung von Wasser aus Freiflächen oder durch die Vegetation kann das Stadtklima gekühlt werden und der Effekt der städtischen Wärmeinsel vermindert werden.
Die zur Verdunstung benötigte Energiemenge (= latente Wärme) stammt aus der Sonneneinstrahlung und wird nicht in fühlbare Wärme transformiert, daher bleibt die Lufttemperatur geringer.
Je weniger Wasser im Bodenwasserspeicher verfügbar ist, desto stärker reduzieren die Pflanzen ihre Verdunstung und umso stärker erwärmt sich die untere Atmosphäre. Stark anthropogen beeinflusste Böden im städtischen Raum sind oft verdichtet und enthalten viele grobe Bestandteile wie Bauschutt oder Schlacke. Dadurch ist ihre Fähigkeit, Wasser zu speichern, oft gering. Zusätzlich werden immer mehr Flächen versiegelt, wodurch ihre Kühlleistung wegfällt. In der Stadtplanung ist es also wichtig, Böden mit einer hohen Kühlleistung zu berücksichtigen und zu erhalten. Dies kann mit dem Erstellen einer Karte der Bodenkühlleistung im Stadtgebiet erleichtert werden. Das LANUV-Arbeitsblatt 29 " Bodenkühlleistung" gibt hierzu hilfreiche Informationen.