Die starke Temperaturzunahme als Folge der angestiegenen Treibhausgasemissionen wirkt sich unter anderem auf den Wasserdampfgehalt der Luft und auf die Zirkulationssysteme der Erde aus. Regionale Niederschlagsmuster können sich somit ändern und beeinflussen auch die klimatische Wasserbilanz, die direkt sowohl von der Temperatur als auch vom Niederschlag abhängig ist.

Die klimatische Wasserbilanz berechnet sich aus der Differenz von Niederschlagsumme und Verdunstung. Für die Verdunstung wird die Grasreferenzverdunstung verwendet, das heißt, dass hypothetisch angenommen wird, dass die Fläche NRWs mit Gras bestanden wäre. Als Indikator wird das NRW-Gebietsmittel der klimatischen Wasserbilanz in der Einheit Millimeter (mm) Wassersäule pro Jahr verwendet. Die Gebietsmittel werden aus Flächenkarten berechnet. Diese basieren auf Messungen des Deutschen Wetterdienstes und wurden unter Berücksichtigung der Geländetopographie auf ein Raster von 1 km × 1 km interpoliert. Die Flächenkarten zur klimatischen Wasserbilanz finden Sie hier.

Die klimatische Wasserbilanz stellt eine quantitative Gegenüberstellung von Wassergewinn und -verlust in einem bestimmten Gebiet für einen festgelegten Zeitraum dar. Sie beschreibt auch, wie sich meteorologische Bedingungen auf den Bodenwasserhaushalt auswirken. Ist der Niederschlag höher als die Verdunstung, so ist die Wasserbilanz positiv und man spricht von einem humiden, also feuchten Klima. Der umgekehrte Fall, also eine negative Wasserbilanz, nennt man "trocken" oder "arid".

Aktuell (Klimanormalperiode 1991-2020) liegt die mittlere jährliche klimatische Wasserbilanz in Nordrhein-Westfalen bei 289 mm. Der Mittelwert für den Frühling liegt aktuell bei -1 mm, für den Sommer bei -27 mm, der Herbst hat einen Mittelwert von 121 mm und der Winter verfügt über einen Mittelwert von 197 mm. Somit kann man in der aktuellen Klimanormalperiode den Frühling und den Sommer als arid, den Herbst und den Winter als humid einordnen. Das Jahr insgesamt ist ebenfalls humid.

Vergleicht man die aktuellen jährlichen Mittelwerte 1991-2020 mit denen der ersten verfügbaren Klimanormalperiode (1961-1990), so ergibt sich ein Rückgang von 27 mm. Besonders im Frühling hat sich die klimatische Wasserbilanz im Vergleich verringert, nämlich um 39 mm. Der Sommer erlebte einen Rückgang von 14 mm. Dem gegenüber hat sich die mittlere klimatische Wasserbilanz im Herbst um 13 mm und im Winter um 14 mm erhöht.
 

Bei der jährlichen klimatischen Wasserbilanz kann folgende Beobachtung gemacht werden: Zwischen den einzelnen Jahren schwanken die Werte sehr stark. Die höchsten Werte liegen bei rund 600 mm und traten 1965 und 1998 auf. Das Jahr 2018 weist mit -38 mm den niedrigsten und einzigen negativen Wert über die gesamte Zeitreihe auf. 2018 war auffällig warm und niederschlagsarm. Darauf folgt das Jahr 1976 mit einer klimatischen Wasserbilanz von 0 mm sowie 1964 mit 57 mm. Die beiden bisher wärmsten Jahre, 2022 und 2023, fallen ihr ihren Bilanzen sehr unterschiedlich aus: 2022 folgt auf Rang vier mit nur 59 mm und stellt beim Sommer mit -192 mm den neuen Negativrekord, der vorher im Jahr 1976 (-185 mm) aufgestellt wurde. Im Jahr 2023 hingegen waren die klimatischen Wasserbilanzen aufgrund der vermehrten Niederschläge und trotz der Rekordtemperaturen im Jahresmittel sowie in allen Jahreszeiten bis auf den Winter durchschnittlich; im Winter jedoch lag die klimatische Wasserbilanz mit einem Wert von nur 17 mm auf einem neuen historischen Tiefststand.

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

Die Trendanalyse ergab für die mittlere jährliche klimatische Wasserbilanz der gesamten Zeitreihe keinen signifikanten Trend. Für den Zeitraum seit 1961 ist für den Frühling eine signifikante lineare Abnahme der klimatischen Wasserbilanz um rund -77 mm festzustellen (Differenz Anfangs- und Endwert der linearen Trendgeraden). Auch für den Herbst wurde ein signifikanter, quadratischer Trend festgestellt (n-Form). Für diese Jahreszeit ist sogar eine Trendumkehr zu beobachten in Richtung Verringerung der klimatischen Wasserbilanz. Seit 2023 zeigt das Änderungssignal (Differenz zwischen Anfangs- und Endwert der Trendkurve) nun mit einem Wert von rund -4 mm wieder in den negativen Bereich. Sowohl für den Sommer als auch für den Winter konnte für den Gesamtzeitraum kein signifikanter Trend festgestellt werden.

Betrachtet man die Zeitreihe ab 1991 (viele Indikatoren des KFAM liegen nur für kürzere Zeiträume vor, daher wird diese Analyse aus Vergleichszwecken durchgeführt) ergeben sich für das Jahr und den Herbst jeweils ein signifikanter Trend. Ab 1991 liegt für die jährliche klimatische Wasserbilanz ein linear fallender Trend vor, der ein Änderungssignal von rund -183 mm zur Folge hat. Der Herbst weist ab 1991 einen signifikant linear abnehmenden Trend auf, der mit einem Änderungssignal von rund -93 mm zu Buche schlägt.