Das Eintrittsdatum und die Dauer bestimmter Phasen in der Pflanzenentwicklung werden maßgeblich von der Temperatur beeinflusst. Aus langjährigen Beobachtungen kann damit der Einfluss veränderter klimatischer Bedingungen auf die Entwicklung von Pflanzen und Ökosystemen ermittelt werden. Anders als direkte Temperaturmessungen spiegelt die Phänologie eine Reaktion der Natur auf ihre Umwelt wider. Daher ist sie ein wichtiger und besonders sensitiver Bioindikator für den Klimawandel.

Phänologische Beobachtungen an Pflanzen mit Aussagekraft über Temperaturveränderungen sind vor allem in gemäßigten Klimazonen möglich, da hier die Temperatur einen besonders großen Einfluss auf den Eintritt der verschiedenen Entwicklungsphasen hat. Vor allem die Frühlingsphasen zeichnen sich durch eine starke Korrelation mit der Temperatur aus (maßgeblich ist die Temperatur der vorausgehenden 2-3 Monate einer Entwicklungsphase). Weitere Einflussfaktoren sind die Tageslichtlänge und die Zusammensetzung des Lichtspektrums. Der Eintritt der Herbstphasen dagegen wird von zahlreichen anderen Faktoren (z. B. Niederschlagsmenge im Sommer, Einstrahlung etc.) mitbestimmt.

Der Beginn der phänologischen Jahreszeiten wird durch den Eintritt bestimmter Phasen in der Pflanzenentwicklung festgelegt. Diese phänologischen Zeiger sind für den Frühlingsbeginn der Blühbeginn der Hasel, für den Sommerbeginn der Blühbeginn des Schwarzen Holunders, für den Herbstbeginn die beginnende Fruchtreife beim Schwarzen Holunder und für den Beginn des Winters der Blattfall der Stieleiche. Das Gebietsmittel für NRW des jeweiligen phänologischen Zeigers wird als Mittelwert aus den Daten der Jahresmelder der phänologischen Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) für NRW berechnet. Die Dauer der phänologischen Jahreszeiten, angegeben in Tagen, berechnen sich demnach aus der Differenz zweier aufeinanderfolgender Eintrittsdaten.

In der aktuellen Klimanormalperiode (1991-2020) dauert der Frühling phänologisch gesehen im Mittel 107 Tage, der Sommer 90 Tage, der Herbst 77 Tage und der Winter 91 Tage. Der Vergleich der aktuellen Klimanormalperiode mit der ersten verfügbaren (1951-1980) offenbart, dass der phänologische Frühling 6 Tage länger geworden ist und der Sommer 2 Tage kürzer. Besonders der Herbst ist phänologisch gesehen aktuell sogar 20 Tage länger als früher. Der phänologische Winter ist um 24 Tage kürzer geworden und hat somit dem Herbst und Frühling Tage abgegeben.

Das längste Andauern des Frühlings wurde 1975 und 2023 mit jeweils 128 Tagen aufgezeichnet. Der kürzeste Frühling trat hingegen 1963 mit 79 Tagen auf. 1961 trat mit 102 Tagen der längste Sommer auf. Der kürzeste Sommer dauerte 82 Tage, die in den Jahren 2013 und 2021 gezählt wurden. Beim Herbst und Winter werden die Veränderungen auch anhand der Spitzenjahre verdeutlicht: Die drei Jahre mit der längsten Herbstdauer (96 bzw. 93 Tage) waren 2018, 2020 und 2022. Die drei kürzesten Winter (mit 59, 64 und 65 Tagen) gab es in den Jahren 2023, 2020 und 2018. Kurze Herbstjahre mit unter 50 Tagen traten eher zum Beginn der Aufzeichnung auf: 1957, 1962, 1954 und 1956. Jahre mit langen Wintern finden sich ebenfalls eher zu Beginn der Zeitreihe mit Werten von um die 140 Tage: 1963, 1986 und 1955.

Für alle Indikatoren wird eine Trendberechnung und Signifikanzprüfung nach der Methode des Umweltbundesamtes, kurz "DAS-Methode" genannt, durchgeführt.

Die Trendanalyse ergibt, dass sich über den Gesamtzeitraum 1951-2023 die phänologischen Jahreszeiten allesamt signifikant verändert haben. Die Dauer des phänologischen Frühlings ist linear angestiegen. Im Hinblick auf die gesamte Zeitreihe ergibt der Unterschied zwischen Anfangs- und Endwert der Trendgeraden einen Zuwachs von 13 Tagen. Der phänologische Sommer zeigt in der Trendanalyse einen linear fallenden Trend mit einer Abnahme von fünf Tagen. Besonders steil ist der quadratisch ansteigende Trend bei der Dauer des phänologischen Herbstes. Hier ergibt der Anstieg der Trendkurve einen Zuwachs von 38 Tagen. Der Winter zeigt den steilsten linearen Trend, allerdings in die fallende Richtung. Hier beträgt der Rückgang 45 Tage.

Für die Dauer der phänologischen Jahreszeiten werden auch Trendanalysen für die kürzeren Zeiträume 1961-2023 und 1991-2023 durchgeführt (da viele Indikatoren des KFAM nur für einen kurzen Zeitraum vorliegen, wird dies zu Vergleichszwecken gemacht). Für diese kürzeren Zeiträume ergab die Trendanalyse für Frühling und Sommer keine signifikanten Änderungen. Im Herbst und Winter sind hingegen signifikanten Trends zu sehen: ein linear steigender Trend im Herbst und ein linear fallender Trend im Winter. Die genauen Änderungswerte lassen sich der nachfolgenden Tabelle entnehmen.

All diese Verschiebungen haben deutliche Effekte auf die Tier- und Pflanzenwelt.