Ein monatliches 0,1°-Datenset zur potenziellen Evapotranspiration basierend auf den optimalen Modellen für globale Vegetationszonen

Warum die Messung unsichtbaren Wasserverlusts wichtig ist

Wenn wir an Wasser denken, kommen meist Flüsse und Regen in den Sinn. Ein großer Teil des Wassers der Erde kehrt jedoch still in die Luft zurück als „Evapotranspiration“ – Verdunstung aus Boden und offenen Gewässern sowie Wasserabgabe durch Pflanzen. Forschende verwenden ein verwandtes Konzept, die potenzielle Evapotranspiration, um abzuschätzen, wie groß der Durst der Atmosphäre ist und wie viel Wasser verloren gehen könnte, wenn Wasser unbegrenzt verfügbar wäre. Das ist wichtig für Landwirtschaft, Dürreüberwachung, Abfluss in Flüssen und sogar Biodiversität. Die Studie hinter diesem Artikel liefert ein neues, hochaufgelöstes globales Datenset dieser unsichtbaren Wasser­nachfrage, das genauer und realistischer sein soll als viele heute verwendete Produkte.

Wie Forschende den Durst des Himmels abschätzen

Die potenzielle Evapotranspiration (PET) ist eine Art „Was‑wäre‑wenn“-Zahl: wie viel Wasser würde das Land verlassen, wenn keine Feuchtigkeitsbegrenzung bestünde. Sie ist zentral für die Verfolgung von Dürren, die Planung von Bewässerung und das Verständnis, wie der Klimawandel Wasserkreisläufe verändert. In den vergangenen Jahrzehnten wurden viele mathematische Formeln entwickelt, um PET aus Wetterdaten wie Temperatur, Strahlung, Feuchte und Wind zu schätzen. Diese Formeln reichen von einfachen, temperaturbasierten Rezepten bis hin zu komplexeren Ansätzen, die explizit beschreiben, wie Wärme und Feuchte zwischen Land und Luft bewegt werden. Globale PET‑Produkte, die heute verwendet werden, stützen sich oft auf nur eine oder zwei Standardformeln mit voreingestellten Parametern, die einheitlich über den Planeten angewendet werden.

Warum bestehende Schätzungen irreführend sein können

Die falsche Wahl einer PET‑Formel – oder deren Anwendung in Einheitsgrößen‑Einstellungen – kann unser Bild von Trockenheit erheblich verfälschen. Frühere Arbeiten zeigten, dass gängige Methoden kontinentale Austrocknung übertreiben oder sich von Ort zu Ort sehr unterschiedlich verhalten können. Ein weit verbreiteter Ansatz funktioniert beispielsweise in feuchten Regionen gut, versagt aber anderswo, teils weil ein zentraler Parameter als feste Konstante behandelt wird. Ein anderer Standard setzt überall dieselbe Pflanzenhöhe und Blattwiderstände an, obwohl Wälder, Grasländer, Feuchtgebiete und Ackerflächen in der Realität stark variieren. Infolgedessen können aktuelle globale PET‑Produkte versteckte Unsicherheiten in Studien zu Klimatrends, Flussabflüssen, Pflanzenwasserbedarf und Dürreindizes einbringen.

Aufbau eines besseren globalen Bildes

Um diese Probleme anzugehen, griffen die Autorinnen und Autoren auf direkte Messungen des Wärme‑ und Wasseraustauschs zwischen Land und Atmosphäre zurück, die an 178 Messstandorten weltweit mit hohen Instrumententürmen erhoben wurden. Sie konzentrierten sich auf 124 Standorte mit den detaillierten Informationen, die nötig sind, um fünf weit verbreitete PET‑Formeln zu kalibrieren, die temperaturbasiert, strahlungsbasiert und kombinierte Ansätze abdecken. Für jeden Biometyp – etwa immergrüne Wälder, Strauchlandschaften, Savannen, Grasländer, Feuchtgebiete und Ackerflächen – nutzten sie eine Monte‑Carlo‑Suche, um Schlüsselparameter so zu optimieren, dass jede Formel an Tagen, an denen Pflanzen nicht durch Bodenfeuchte beschränkt waren, bestmöglich zu den Messungen passte. Anschließend prüften sie rigoros, wie gut diese kalibrierten Modelle die tägliche PET reproduzierten, einschließlich Quervergleichen an aus der Kalibrierung ausgesparten Standorten und an einem unabhängigen Satz von Türmen.

Die besten Werkzeuge für jede Landschaft wählen

Der Vergleich ergab, dass zwei strahlungsorientierte Formeln durchgehend am besten abschnitten: das Priestley–Taylor‑Modell und das Milly–Dunne‑Modell. Je nach Biome lieferte das eine oder das andere die engste Übereinstimmung mit den Turmmessungen und erfasste typischerweise tägliche Veränderungen der PET sehr gut. Erfreulicherweise ließen sich die kalibrierten Einstellungen zuverlässig auf neue, zuvor nicht betrachtete Standorte übertragen, was darauf hindeutet, dass diese abgestimmten Modelle auch außerhalb des ursprünglichen Beobachtungsnetzes vertrauenswürdig einsetzbar sind. Mit diesem Ergebnis kombinierten die Forschenden die gewählten Modelle mit vier großen globalen Wetterdatensätzen und einer jährlich aktualisierten Landbedeckungskarte. Sie erzeugten ein monatliches PET‑Datenset auf einem 0,1‑Grad‑Gitter (etwa 10 km) für alle vegetationsbedeckten Landflächen von 1992 bis 2022 und schufen damit effektiv einen 30‑jährigen Film der Wasser­nachfrage der Atmosphäre über verschiedene Landschaftstypen.

Wie die neue Karte im Vergleich abschneidet und was sie zeigt

Um zu prüfen, wie ihr Produkt abschneidet, verglichen die Forschenden es mit einem führenden globalen PET‑Datensatz, der in Hydrologie und Ökologie weit verbreitet ist. In den meisten Vegetationstypen folgten ihre neuen Schätzungen den Turmmessungen näher, insbesondere über Mischwäldern, Strauchlandschaften, Savannen, Grasländern und Ackerflächen. Bei der Betrachtung langfristiger Trends zeigten beide Datensätze eine Zunahme der PET über große Teile der Erde, mit einigen auffälligen Rückgangsgebieten in Teilen Südamerikas und Asiens. Die Details unterschieden sich jedoch regional teils, weil das neue Produkt hauptsächlich auf der verfügbaren Energie an der Oberfläche basiert, während das ältere stärker auf Änderungen von Wind und Lufttrockenheit reagiert.

Was das für Wasser, Nahrungsmittel und Ökosysteme bedeutet

Für Nicht‑Spezialistinnen und Nicht‑Spezialisten ist die Kernbotschaft: Unser Messinstrument für den atmosphärischen „Durst“ ist jetzt schärfer geworden. Indem Modelle an spezifische Vegetationstypen angepasst und realistische, sich verändernde Landbedeckungsinformationen verwendet werden, sollte dieses neue PET‑Datenset die Schätzung von Bewässerungsbedarf verbessern, hydrologische Modelle stärken und Dürre‑ sowie Ariditätsindizes verfeinern. Es eröffnet zudem Möglichkeiten, zu untersuchen, wie Landnutzungsänderungen – etwa Abholzungen, Verlust von Feuchtgebieten oder Ausweitung von Ackerland – die regionale Wasser­nachfrage und ökologische Bedingungen verändern. Obwohl Unsicherheiten bestehen bleiben, insbesondere in Regionen mit wenigen Mess­türmen und hinsichtlich der Reaktion der Pflanzenphysiologie auf steigendes Kohlendioxid, stellt diese Arbeit einen bedeutenden Schritt zu vertrauenswürdigeren, feinräumigen Karten darüber dar, wie viel Wasser die Luft vom Land fordert.

Zitation: Bi, Z., Sun, S., Ma, Q. et al. A 0.1° monthly potential evapotranspiration dataset based on the optimal models over global vegetation zones. Sci Data 13, 580 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06956-3

Schlüsselwörter: potenzielle Evapotranspiration, globaler Wasserkreislauf, Dürreüberwachung, Landnutzungsänderung, Klimadaten