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Kalt erwischt - wie kam es zu den Frostschäden in Württemberg?

 

Dr. Dietmar Rupp
Staatliche Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau Weinsberg

 

Am 4. Mai 2011 wurden vor allem in Franken, im badischen Taubergrund, in der Pfalz und in Rheinhessen sowie im Kraichgau, aber auch im nördlichen Württemberg Wein- und Obstbauflächen in erheblichem Ausmaß durch Spätfrost geschädigt. In einzelnen Regionen und Gemarkungen sind die jungen Rebtriebe und die Gescheine vollständig zerstört.

In württembergischen Weinbau sind dies die stärksten Spätfrostschäden seit dem Jahr 1991. Nach einem sehr frühen Rebaustrieb wurden damals Ende April Temperaturen bis zu -7 °C gemessen. Weitaus größere Schäden verursachten allerdings die Kälteeinbrüche der Jahre 1981 (17. -  24. April) und ganz besonders 1953 (10. - 12. Mai).

Während in der älteren Generation die Erinnerungen an die Spätfrostjahre vergangener Jahrzehnte noch lebendig sind, stehen gerade jüngere Winzer erstmals vor extrem frostgeschädigten Anlagen.

 

Sonnige Tage, kalte Nächte

Wie kam es zu den diesjährigen Frostschäden ? Waren sie vorhersehbar ? Warum sind Weinbauregionen, Einzelgemarkungen und sogar benachbarte Partzellen unterschiedlich stark betroffen ?

Gerade vor dem Hintergrund der Klimadiskussion und der stetigen Erwärmung hatten Überlegungen zum Spätfrost in der Praxis immer weniger Bedeutung. Dabei ist mit dem zunehmend früheren Vegetationsbeginn das Risiko für Spätfrost eher gewachsen. Sowohl in den Jahren 1991 als auch Anfang Mai 2011 war mit einem sehr frühen Austrieb die wichtigste Voraussetzung für das  Auftreten von Schäden erfüllt (siehe Kasten).

 

Voraussetzungen für Strahlungsfröste

- Pflanzen in empfindlichem Stadium

- vorherige Kaltluftzufuhr bzw. starke Abkühlung

- geringe nächtliche Bewölkung

- geringe Luftfeuchtigkeit

- Windstille

- geringe Wärmenachlieferung des Bodens

- starke Verdunstung nach Regenfall

- örtliche Kaltluftansammlung

- Fehlen von Ausstrahlungsschutz

 

Im Gegensatz zum Windfrost des Jahres 1981 mit Eisregen und Schneefall wurden die Schäden vom 4. Mai 2011 durch einen Strahlungsfrost verursacht. Die als Grundvoraussetzung nötige starke Abkühlung ergab sich aus dem raschen Durchzug eines Tiefdruckgebietes mit nachfließender Kaltluft und der Südverlagerung eines stabilen Hochdruckgebietes. Der Kern des Hochdruckgebietes lag am 3. Mai über der Nordsee und so wurde auf seiner Ostflanke weitere kalte Luft aus Skandinavien herangeführt. Auf der Rückseite von Tiefdruckgebieten und im Bereich von Hochs  führt die Absinktendenz der Luft zur Wolkenauflösung und zum Rückgang der Luftfeuchte. Wassermoleküle in der Luft können jedoch die Wärmeausstrahlung der Atmosphäre mindern (Treibhauseffekt!). Fehlen diese, dann ist die nächtlich Abkühlung besonders stark. Reisende berichten aus Wüstengebieten immer wieder von bitterkalten Frostnächten, obwohl sie am Tag mehr als 40 °C ertragen mussten. Auch in Mitteleuropa hat die trockene, wolkenarme Atmosphäre schon seit Februar 2011 für viele Sonnenscheinstunden gesorgt. In der Region Heilbronn liegt die Monatsmitteltemperatur für den April 2011 bis zu 4,5 °K (Kelvin) über dem langjährigen Mittelwert.

 

Wenig Wärme aus dem Bodenspeicher

Die übermäßige Sonnenausbeute vom März und April hat einerseits das Wachstum der Reben angeregt, konnte aber die Spätfröste vom 4./5. Mai 2011 nicht verhindern. Offenbar konnte der Boden das große Wärmeangebot nicht speichern oder in ausreichendem Umfang an die bodennahe Luftschicht weitergeben. Verantwortlich hierfür war das seit Februar herrschende Niederschlagsdefizit (März und April: ein Minus von 70 l/m²). Im ausgetrockneten Boden sind die Poren lufterfüllt und wirken als Isolationsschicht. Sowohl die Wärmespeicherung als auch der Wärmefluss in tiefere Schichten und umgekehrt zurück zur Bodenoberfläche kommen dann nicht zur Geltung. Daher dürfte im Gegensatz zu früheren Frostjahren die Frage der Bodenbedeckung (offener Boden, Begrünung gemulcht / nicht gemulcht) beim Spätfrost 2011 nicht die entscheidende Rolle gespielt haben.

Starke Schäden sind dort aufgetreten, wo es zu starker Ausstrahlung und zusätzlicher Ansammlung von Kaltluft kam. Kaltluft bildet sich vor allem oberhalb von geschlossenen Pflanzenbeständen. Größere Wiesenflächen und zusammenhängende Waldareale sind Kaltluftlieferanten, und dies obwohl im Grasbestand und unterhalb des Kronenraums meist höhere Temperaturen gemessen werden. Oft hört man die irrige Annahme, die Abkühlung sei eine Folge der erhöhten Verdunstung, doch mindert vielmehr die Isolationswirkung der Pflanzen die bereits angeschwächte Wärmenachlieferung aus dem Boden.

 

Kaltluft fließt

Gefährlich wird es, wenn die schwerere Kaltluft abfließen und über Schneisen und Geländeeinschnitte das Reb- oder Obstgelände erreichen kann. Sehr deutlich konnte man anhand der diesjährigen Schadstärke die Zugbahnen der Luft entlang von Böschungen oder Hecken erkennen. Ganz klar zeigte sich in den Hangfußlagen die Anstauhöhe der „Kaltluftseen“. In einem ersten Überblick sind daher vor allem Flächen unterhalb von etwa 240 m Meereshöhe betroffen. Allerdings ergaben schon die Untersuchungen der 1950er Jahre, dass das Verhalten der Kaltluft nur bedingt mit dem des Wassers zu vergleichen ist.  Offenbar verhält sich kalte Luft vielmehr wie eine breiartige, zähe Masse.  Denn nur so ist erklärbar, dass etwa in den Steillagen des Neckartales vor allem tiefe Lagen (= Kaltluftsee) aber auch der oberste Rand des Rebgebietes Schäden davontrugen. Wahrscheinlich blieb ein Teil der von den Hochflächen zufließenden kalten Luft im Bereich der Hangkante hängen, während die größere Menge über die Reben hinwegglitt und somit einen „warmen Mittelhang“ ohne große Schäden ermöglichte. Dies deckt sich mit alten Erfahrungen. So sind aus dem Spätfrostjahr 1953 und den Folgejahren Frostschadenskartierungen erhalten, in denen die aktuell stark betroffenen Flächen schon als gefährdet eingestuft wurden.  230

In der Meteorologie werden Temperaturen üblicherweise in 2 m Höhe (Wetterhütte) über dem Erdboden gemessen. Besonders in Strahlungsnächten bilden sich jedoch in der „bodennahen“ Luftschicht unterhalb dieser Messebene typische Temperaturschichtung aus. Während  sich die Temperatur direkt am Erdboden meist kaum von der 2-m-Temperatur unterscheidet,  kann es in 0,5 oder 1,0 m Höhe deutlich kälter sein, als die Sensoren der Standardhöhe ausweisen.

Wie stark Minimumwerte in Abhängigkeit von der Ortslage und der Position der Sensoren variieren, zeigt exemplarisch die Tabelle 1. Während die Lage Glückenhälde zu 100 % geschädigt wurde, sind die Reben nahe der Messstation Schemelsberg mit dem sprichwörtlichen blauen Auge davon gekommen.

 

Tabelle 1: Temperaturmessungen in Weinsberg in den Frostnächten 4./5. Mai 2011. Die Minimumtemperaturen variieren je nach Geländesituation und Höhe über dem Erdboden

Messort  in Weinsberg                      

(Lage, Höhe,Bewuchs)

Höhe über

Erdboden

(m)

Minimumtemperatur °C

4.5.2011

5.5.2011

LVWO, Wetterstation     

218 m, nahe Kuppe, Rasenfläche, lockerer Baumbestand                                             

2,0

-1,1

0,2

0,2

-1,8

0,0

Schemelsberg I  

207 m, Unterhang Rebfläche, dauerbegrünt

2,0

-0,7

0,7

0,8

-2,7

-1,2

Glückenhälde

195 m, Verebnung Unterhang Rebfläche begrünt,  mit Kaltluftzufluss

0,8

-3,6

-2,3

 

Verhängnisvoll: der große Vegetationsvorsprung

Im physikalisch-biologischen Ablauf ist auf Zellebene ein Schadfrost mit einem schlagartigen Trockenschaden vergleichbar. Durch die Eisbildung kommt es zu einem Wasserentzug und parallel zu Schädigung des Zellplasmas und der Zellmembranen.

Physikalische Gesetzmäßigkeiten bestimmen auch das Abkühlen der Luft und das starke Auskühlen der Pflanzenorgane. Demnach kann jeder Gegenstand, dessen Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes (-273 °C) liegt, Wärme abstrahlen. Überträgt man dies auf die Anfang Mai bereits handtellergroßen Rebblätter, so wird klar, dass sich diese allein aufgrund des weiten Oberfläche/Volumen-Verhältnisses sehr stark auskühlen konnten. Dort wo diese Ausstrahlung abgeschirmt wurde, waren die Schäden geringer. So waren die unteren und inneren Bereiche von Minimalschnittanlagen kaum betroffen. Im Obstgut Heuchlingen der LVWO wurden Himbeeren und Tafeltrauben bei - 3,0 ° C (1 m Höhe) im Freiland stark geschädigt,  Beerensträucher und Reben unter dem benachbarten Foliendach blieben bei - 1,6 °C verschont (Abbildung 1).

 

Abb. 1:  Tafeltrauben im Obstversuchgut Heuchlingen. Ausstrahlungsschutz durch das

Foliendach, nur die Randstöcke (rechts des roten Striches) sind geschädigt

 

Nachdem Schäden vor allem aus dem Kraichgau, dem Raum Heilbronn, Hohenlohe und Franken gemeldet wurden, stellt sich die Frage, warum weiter südlich nur wenige, ausgesetzte Lagen geschädigt wurden. Aus der Ortenau oder Südbaden wurden keine Schäden berichtet.

 

Die Luftfeuchte macht den Unterschied

Eine Erklärungsmöglichkeit bieten die Großwetterlage und insbesondere der vorangegangene, ungleich verteilte leichte Regen. Zum einen dürfte der Kaltluftvorstoß Anfang Mai nicht weit genug nach Süden gelangt sein, und zum anderen gab es - wenn auch in geringem Umfang - südlich der Linie Crailsheim-Pforzheim in der Nacht auf den 3. Mai 2011 Niederschläge (Abbildung 2).

 

Abb. 2:    Niederschläge in der Nacht vom 2. auf 3. Mai 2011. Südlich der Linie Crailsheim-Pforzheim führten diese zu einer Erhöhung der

 Taupunkttemperatur und verhinderten vermutlich das Auftreten stärkerer Frostschäden im südlichen Landesteil. (Quelle: www.radar-info.de)

 

In Tabelle 2 ist die Reaktion auf dieses Niederschlagsereignis direkt ablesbar. Erwartungsgemäß traten die extremen Temperaturen an den tiefer gelegenen Stationen auf. Da die Wetterstationen (Messung in 2 m Höhe)  aus dem Messnetz des LTZ Karlsruhe aber nach dem Breitengrad geordnet sind, ist ein auffallender Zusammenhang zwischen den Niederschlägen des Vortages und der Taupunkttemperatur erkennbar. In Frostnächten gilt die Taupunkttemperatur als die tiefste theoretisch erreichbare Lufttemperatur bis zum Einsetzen von Wärmefreisetzung aufgrund der Wasserdampfkondensation.  Offenbar war dort, wo am Vortag etwas Regen fiel, das Auskühlungsvermögen der Luft um wertvolle 1 - 2 °K geringer. Dadurch blieben die  Frostschäden in Baden-Württemberg im wesentlichen auf den nördlichen Landesteil beschränkt.

 

Tabelle 2: Tiefsttemperaturen am Morgen des 4.5.2011 sowie Taupunkttemperaturen am Vorabend und Niederschläge vom 2./3.5.2011. Die ausgewählten Wetterstationen im Messnetz des Landwirtschaftlichen Technologiezentrums (LTZ), der Lehr- und Versuchsanstalt Weinsberg (LVWO) und des Deutschen Wetterdienstes (DWD) sind von Nord nach Süd aufgelistet

Station

Breitengrad

 

[°]

Höhe ü.d.M.

 

[m]

Minimum

am 4.5.2011

[°C] (2 m)

Niederschlag     am 2./3.5.2011

[l/m2]

Taupunkt

am 3.5.2011  um 21.00 h

[°C] (2 m)

Würzburg (DWD)

49.77

268

-0,2

0,0

-0,9

Boxberg

49.44

360

-1,5

0,0

-1,2

Gundelsheim (LVWO)

49.29

195

-1,6

0,0

-0,6

Heuchlingen

49.25

210

-2,1

0,0

-2,3

Lauffen

49.07

220

-1,9

0,3

0,0

Baumerlenbach

49.23

250

-2,8

0,0

-0,4

Oedheim

49.23

240

-0,9

0,0

0,0

Öhringen (DWD)

49.22

276

0,0

0,0

-0,7

Renzen

49.15

260

-1,1

0,1

0,4

Weinsberg (LVWO)

49.15

207

-0,7

0,0

0,1

Grantschen

49.16

200

-1,8

0,0

-1,3

Brackenheim

49.08

206

-1,6

1,3

-1,1

Wildeck (LVWO)

49.06

330

1,2

1,0

0,2

Besigheim

48.97

300

0,8

3,0

0,0

Backnang

48.91

300

-2,4

2,3

0,9

Ludwigsburg

48.88

296

-0,7

5,2

1,0

Fellbach

48.80

324

-0,1

5,1

1,0

Kernen

48.78

270

-2,7

6,0

1,3

Stuttgart (DWD)

48.68

419

1,7

4,1

1,0

Metzingen

48.55

370

-1,0

5,2

1,5

 

Fazit

Für die Frostschäden vom 4.5.2011 sind mehrere Faktoren verantwortlich: Ein im Grunde nur mäßiger Kaltluftvorstoß traf auf eine sehr weit entwickelte Vegetation.  Der sehr trockene, isolierende Oberboden konnte nur wenig zur Erwärmung der bodennahen Luftschicht beitragen. Dort, wo die Luft sehr trocken war, führte die verstärkte Wärmeausstrahlung zu Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt. Wo am Vortag etwas Regen fiel, kühlte die Luft nicht ganz so stark aus und kam es nur zu geringen Frostschäden. In benachteiligten Geländesituationen konnte Kaltluft zusammenfließen und zum Teil erhebliche Schäden verursachen.

 

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