Regionale und langzeitliche Trends von Grundwassertemperaturen

Benz Susanne A.1, Peter Bayer2, Winkler Gerfried3, Blum Philipp1
1 Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Technische Hochschule Ingolstadt (THI)
3 Karl-Franzens-Universität Graz

O 15.4 in Groundwater and Climate Change (co-organized by IAH-D)

24.03.2018, 10:15-10:30, 1

Temperaturen im Untergrund sind an oberirdische Klimabedingungen gekoppelt. Während kurzwährende Temperaturänderungen wie saisonale oder tägliche Schwankungen nur nahe der Oberfläche beobachtet werden, zeichnen sich langfristige Änderungen auch in bis zu Hunderten von Metern Tiefe ab (STAUFFER et al. 2013). Zu solchen langfristigen Änderungen führen insbesondere eine wechselnde Landnutzung und der Klimawandel (BAYER et al. 2016). In dieser Arbeit wurden Temperaturzeitreihen von 229 Grundwasserbrunnen in Österreich untersucht und verglichen, um regionale Unterschiede zu erklären und einen beobachteten Temperaturwandel zu deuten.  Die Messdaten wurden zum Teil seit 1966 kontinuierlich aufgezeichnet und erlauben so einen Langzeitvergleich mit Lufttemperaturen. In folgender Untersuchung wurde hierzu sowohl ein linearer Trend als auch alternativ eine stufenartige Änderung angenommen.

Die Grundwassertemperaturänderungen stiegen im Schnitt + 0,8 ± 1,0 K in den Jahren von 1994 bis 2013. Im selben Zeitraum erwärmten sich Lufttemperaturen in Österreich um  0.72 ± 0.04 K, und diese zeigen somit eine deutlich geringere Streuung. Die extremsten Temperaturänderungen im Grundwasser, vor allem an manchen Standorten beobachtete Abkühlungen, können allerdings auf lokale Gegebenheiten zurückgeführt werden, wie etwa die Installation neuer Anlagen zur Trinkwasserversorgung, die das lokale hydrogeologische Regime verändern. Der Einfluss von lokalen Bedingungen ist auch der Grund für die starke Streuung in der Korrelation von Grundwasser- und in der Nähe (< 5 km) gemessenen Lufttemperaturen. Spearman-Korrelationskoeffizienten schwanken von -0.36 im Zentrum von Linz bis hin zu 0.80 außerhalb von Graz. Im Gegensatz dazu korrelieren landesweite Grundwasser- und Lufttemperaturmittel sehr gut mit einem Wert von 0.83.
Bei der Darstellung der Grundwassertemperaturänderung mit einer Stufenfunktion lassen sich sogenannte Wechsel im Klimaregime nachweisen (MENBERG et al. 2014). Deren Existenz wurde in globalen atmosphärischen Klimaparametern bereits für die späten 1970er, 1980en und 1990er bewiesen. Von den hier betrachteten Grundwassertemperaturen zeigen jedoch nur 20 % aller Brunnen diese Regimewechsel. Dafür erfolgte ein zusätzlicher Regimewechsel in 2007 in 33 % aller Brunnen. Insgesamt werden Grundwassertemperaturen besser von der Stufenfunktion (RMSE: 0.3 ± 0.2 K) repräsentiert als vom linearen Ansatz (RMSE: 0.4 ± 0.2 K).



Bayer, P., Rivera, J.A., Schweizer, D., Schaerli, U., Blum, P. & Rybach, L. (2016):  Extracting past atmospheric warming and urban heating effects from borehole temperature profiles. – Geothermics, 64: 289-299.

Menberg, K., Blum, P., Kurylyk, B. L. & Bayer, P. (2014): Observed groundwater temperature response to recent climate change. – Hydrology and Earth System Sciences, 18: 4453-4466

Stauffer, F., Bayer, P., Blum, P., Giraldo, N. M. & Kinzelbach, W. (2013): Thermal use of shallow groundwater. – CRC Press, 266 S.



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