Das langanhaltende Minimum des solaren Zyklus 23 sowie das besonders schwache
Maximum des Zyklus 24, deuten auf ein mögliches Grand Solar Minimum innerhalb
der kommenden drei bis fünf Jahrzehnte hin. Für die vergangenen 1.000 Jahre
können zumindest 5 solcher Grand Solar Minima (mit einer Dauer zwischen 60 und
100 Jahren) festgestellt werden, welche auf einer Abschwächung des Magnetfelds
der Sonne beruhen. Das letzte Grand Solar Minimum, das Maunder Minimum
(1645-1715), fällt mit der ’kleinen Eiszeit’ in Europa zusammen. Einer Epoche
mit überdurchschnittlich tiefen Temperaturen insbesondere im Winter. Eine
derartige Reduktion des Strahlungsantriebs vor dem Hintergrund stetig
ansteigender Treibhausgasemissionen führt häufig zu einer Missinterpretation
in der medialen Berichterstattung und einer Infragestellung des anthropogenen
Einflusses auf das Klimasystem. Da die Abschätzung der Strahlungsreduktion mit
hohen Unsicherheiten verbunden ist, wurden zur Simulation eines zukünftigen
Grand Solar Minimum unter den Bedingungen eines RCP6.0-Szenarios, 3
unterschiedliche Rekonstruktionen des Strahlungsantriebs während der Maunder
Minimum Periode verwendet. Dabei unterscheiden sich die Datensätze, sowohl
hinsichtlich der TSI (total solar irradiance) als auch der SSI (solar spectral
irradiance). Alle transienten Simulationen wurden mit dem gekoppelten, Klima-
Chemiemodell EMAC-O durchgeführt. Das Modell verfügt neben einer interaktiven
Ozonchemie und einem hohen Modelloberrand (0.01 hPa), über ein hochauflösendes
Strahlungsschema im kurzwelligen Wellenbereich. Die Ergebnisse der
vorliegenden Dissertation deuten auf eine gewisse Abschwächung des globalen
anthropogenen Klimawandels während der Kernperiode eines möglichen Grand Solar
Minimum hin. Es konnten jedoch auch Regionen identifiziert werden, welche
überdurchschnittlich stark von den Auswirkungen eines Grand Solar Minimum
betroffen wären. Zu diesen Regionen gehören die hohen Breiten der
Nordhemisphäre aber auch weite Teile der inneren Tropen. Weiterhin kann eine
Modulation von ENSO unter den Bedingungen eines Grand Solar Minimum
festgestellt werden. Diese ist geprägt von einer schwächeren Amplifizierung
der ENSO-Amplitude mit Fortschreiten des anthropogenen Klimawandels im
Vergleich zur Referenzsimulation. Die durch den Anstieg anthropogener
Treibhausgase bedingte Abkühlung in der mittleren Atmosphäre wird unter den
Bedingungen eines Grand Solar Minimum weiter verstärkt. Dies ist auf eine
Reduzierung des kurzwelligen Strahlungsantriebs, eine abgeschwächte
Ozonproduktion und daraus resultierende negative Anomalien der kurzwelligen
solaren Heizraten zurückzuführen. Darüber hinaus zeigt sich eine deutliche
Verzögerung der Totalozonerholung in den Simulationen unter Grand Solar
Minimum Bedingungen. Abschließend kann eine deutliche Beeinflussung der
winterlichen Dynamik innerhalb der mittleren Atmosphäre der Nordhemisphäre
unter reduzierter solarer Einstrahlung aufgezeigt werden. Diese Beeinflussung
äußert sich in Form einer Abschwächung des Polarwirbels, häufigeren
Stratosphärenerwärmungen im Frühwinter und einer Modulation der
troposphärischen Variabilität, welche mit dem Top-down Mechanismus in Einklang
steht.The long-lasting minimum of Solar Cycle 23 as well as the overall weak maximum
of Cycle 24, reveal the possibility for a return to Grand Solar Minimum
conditions within the next three to five decades. The past millennium featured
at least 5 excursions (lasting 60–100 years) of exceptionally low solar
activity, induced by a weak magnetic field of the Sun. The last Grand Solar
Minimum, the so called Maunder Minimum (1645–1715), coincides with the ’Little
Ice Age’ in Europe, a time of severe cold, especially during winter season.
The quantification of the implications of such a projected decrease in solar
forcing is of ultimate importance, given the on-going public discussion of the
role of carbon dioxide emissions for global warming, and the possible role a
cooling due to decreasing solar activity could be ascribed to. Since the
magnitude of a future reduction in solar forcing, due to a possible Grand
Solar Minimum, is highly uncertain, 3 different solar reconstruction datasets
for the Maunder Minimum period that show significant differences in both, TSI
(total solar irradiance) and SSI (solar spectral irradiance), were used to
simulate a future Grand Solar Minimum under RCP6.0 conditions. All transient
simulations were carried out using the ocean-coupled chemistry-climate model
EMAC-O. Besides interactive ozone chemistry and a high model top (0.01 hPa)
the model includes a high-resolution shortwave radiation scheme. The results
obtained, suggest a certain slowdown of global-scale temperature increase
mainly during the core period of a future Grand Solar Minimum. However, some
regions show a rather strong response to Grand Solar Minimum conditions. These
include the high latitudes of the Northern Hemisphere, but also vast areas of
the inner tropics. Furthermore it shows, that a Grand Solar Minimum might be
associated with a modulation of the ENSO amplitude which faces less
amplification during the 21st century under reduced solar forcing compared to
the reference simulation. In the middle atmospere a Grand Solar Minimum might
reinforce the expected cooling due to rising greenhouse gas emissions. This
additional cooling can be attributed to reduced short wave radiation during a
Grand Solar Minimum, less ozone production and an associated decrease in short
wave heating rates. It also can be shown that a Grand Solar Minimum interferes
with a recovery of total column ozone, which is markedly delayed under the
influence of a Grand Solar Minimum. Conclusively, a distinct influence on
middle atmosphere dynamics in Northern Hemisphere winter was found under Grand
Solar Minimum conditions. These solar induced changes are characterized by a
weakening of the polar vortex, more frequent sudden stratospheric warmings in
early winter and a top-down modulation of tropospheric winter variability
