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Verbesserung der Simulation des westafrikanischen Klimas durch die Implementierung eines einfachen dynamischen Vegetationsmodells (SVege) in das Klimamodell ECHAM5

By Tim Brücher

Abstract

Das Klima Westafrikas ist innerhalb der letzten 40 Jahre durch eine markante Trockenzeit von etwa 1970 bis 2000 geprägt worden. Die Ursachen des Wechsels der verfügbaren Niederschlagsmengen sind umstritten und so wird versucht, durch die Berücksichtigung möglichst vieler Komponenten des Erdsystems diese dekadische Variabilität durch Klimamodelle zu fassen. Aus diesem Grund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Implementierung eines einfachen, dynamischen Vegetationsmodells (SVege, engl.: Simple Vegetation) in das globale Atmosphärenmodell ECHAM5 mit dem Ziel, das rezente Klima durch die Berücksichtigung der Biosphäre besser zu fassen, da von einer Amplifizierung der Klimavariabilität (insbesondere der dekadischen) durch die Biosphäre ausgegangen wird. Mit dieser optimierten Modellversion werden zusätzlich die Ergebnisse zweier SRES (engl.: Special Report on Emission Scenarios) Klimaintegrationen (A1B und B1) mit jeweils 3 Ensemblemitgliedern bis zum Jahr 2100 vorgestellt. Es ist davon auszugehen, dass durch die zukünftige, mögliche Veränderung des Klimas die Vegetation beeinflusst wird, wodurch SVege, das auf solche Veränderungen reagiert, diese wichtige Wechselwirkung erfasst. Nicht zuletzt wird diese Vorgehensweise durch motivierende Ergebnisse mit gleichem Vegetationsmodell und der Vorgängerversion des Atmosphärenmodells ECHAM4 angeregt. Zur Einschätzung des Effekts durch die Biosphären-Berücksichtigung sind Integrationen zur Wiedergabe des aktuellen Klimas mit beobachteter Meeresoberflächentemperatur erstellt worden, die in Bezug zu Integrationen mit der Standardversion von ECHAM5 gestellt werden. Es ist festzustellen, dass die Verwendung von SVege das beobachtete Klima Westafrikas zufriedenstellend wiedergibt und einen leichten, jedoch nicht signifikanten, Einfluss auf die Wiedergabe der dekadischen Variabilität des Niederschlags ausübt. Signifikante Unterschiede in der Beschreibung des aktuellen Klimas zwischen den beiden oben genannten Simulationstypen treten nicht auf. Somit ist es durch die Verwendung von SVege lediglich gelungen, die standardmäßig, durch Vorgabe eines klimatologischen Mittelwertes, feste Albedo durch einen einfachen, physikalisch basierten Ansatz zu ersetzen, der zu gleichen Simulationsergebnissen führt. Zusätzlich ist jedoch festzuhalten, dass die beobachtete dekadische Variabilität des Niederschlags in Westafrika mit der hier vorgestellten Modellversion nicht in der beobachteten Stärke wiedergegeben werden kann. Durch die hier vorgestellte Art der Kopplung der Atmosphäre an die Biosphäre ist ebensowenig eine Verbesserung, wie sie zuvor mit der Vorgängerversion des Atmosphärenmodels (ECHAM4) erreicht werden konnte, zu erkennen. Zwischen den beiden ECHAM-Versionen liegen einige Veränderungen, die das Bodenschema betreffen. Somit ist anzunehmen, dass der simple Ansatz des Vegetationsmodells SVege für die sehr fortschrittliche Version des Klimamodells ECHAM5 zu einfach ist und nur kleine Veränderungen können durch die gekoppelte Version erzielt werden. Im Rahmen der 240 Jahre umfassenden Klimasimulationen zur Abschätzung des Niederschlagstrends in einem möglichen, zukünftigen Klima (SRES A1B und B1; 1860 bis 2100) kann festgestellt werden, dass in der Kontrollperiode (1960 bis 1999) deutliche Unterschiede zu den Simulationen mit beobachteter Meeresoberflächentemperatur (engl.: Sea Surface Temperature, SST) auftreten. Neben Unterschieden zur beobachteten 2 m Temperatur differieren beide Modellversionen in der Wiedergabe des Jahres-, Quartals- und Tagesniederschlags und in der Wiedergabe des tropischen Niederschlagsgürtels. Dieses beruht auf den Unterschieden der zugrundeliegenden ozeanischen Randbedingung: Einerseits durch die Vorgabe der beobachteten SST (AMIP2-Daten) und zum anderen durch die Verwendung der SST aus Simulationen mit dem Ozeanmodell MPI-OM1 (engl.: Max-Planck-Institute Ocean Model, Version 1) für die Klimaintegrationen. Die Differenz zwischen zukünftigem und aktuellem Klima innerhalb dieser Simulationen deutet auf eine Veränderung der täglichen Intensität hin, wobei ein Trend zu mehr starken, täglichen Niederschlagsereignissen erwartet wird. Überlagert wird diese Verschiebung von einem Trend zu mehr Niederschlag in der Küstenregion und weniger im Sahel, wodurch sich im klimatologischen Mittel der Niederschlagsgradient vom Sahel über den Sudan hin zur Südküste Westafrikas weiter verstärkt. Mit einem Anstieg der interanuellen Variabilität in dieser Region wird die Ereignisdichte extrem trockener oder feuchter Sommer (bezogen auf das aktuelle Klima) dichter und somit wird die knappe Ressource Süßwasser weniger planungssicher. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Veränderungen auf Basis der SRES-Integrationen im A1B-Szenario stärker als in den B1-Simulationen ausfallen und die Ergebnisse der Klimaprojektionen gleichen den Resultaten der IPCC (engl.: Intergovernmental Panel on Climate Change ) Simulationen (ECHAM5 ohne Vegetationsmodell)

Topics: ddc:550
Year: 2008
OAI identifier: oai:USBKOELN.ub.uni-koeln.de:2581

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