Regional climate modelling in Southern South America for the Holocene and the 21st century
Final Report Abstract
Das Projekt REGCLIMOSS umfasste das numerische Downscaling von globalen Klimasimulationen für verschiedene Perioden des Holozäns und des 21. Jahrhunderts. Insgesamt wurden vier regionale Klimasimulationen mit dem regionalen Klimamodell CCLM mit einer Auflösung von 50 km für das zentrale und südliche Südamerika durchgeführt. Die simulierten Perioden beziehen sich auf das mittlere Holozän (6000 Jahre vor heute), die vorindustrielle Periode (1750 AD), die rezente Periode (1990 AD) sowie den Zeitraum 2070–2100 AD, angetrieben mit dem IPCC Treibhausganszenario B2. Jede Simulation umfasst 35 Jahre, wobei die ersten fünf Jahre aufgrund der Initalisierungsphase des Modells von der Analyse ausgeschlossen wurden. Die Simulation für das Treibhausgasszenario konnte allerdings aufgrund eines Programmierfehlers nicht für weitere Untersuchungen genutzt werden. Aus diesem Grunde bezieht sich der Schwerpunkt der Untersuchungen auf paläoklimatische Aspekte des südamerikanischen Klimas während des Holozäns. Drei Punkte wurden im Detail untersucht und beziehen sich auf i) mittlere klimatische Veränderungen über dem zentralen und südlichen Südamerika während des Holozäns ii) die Rekonstruktion von Seespiegeln unter Zuhilfenahmen von Vorwärtsmodellierungsansätzen für den Titicaca See sowie iii) den Vergleich verschiedener statistischer Downscaling Methoden und numerischer Klimamodellierung für das südliche Südamerika. Die wichtigsten Ergebnisse beziehen sich auf die Abschätzung des Klimawandels zwischen mittlerem Holozän und dem rezenten Klima im Vergleich zum Klima der vorindustriellen Zeit um 1750 AD für die Größen 2m Temperatur, Niederschlag und Bodenluftdruck. Im Vergleich zur vorindustriellen Periode liegen die simulierten Temperaturen am Ende des 20. Jhdt für alle Jahreszeiten um 1 bis 1,5 K höher. Das Niederschlagsmuster zeigt Abnahmen über dem zentralen Chile und Patagonien und Zunahmen über den südwestlichen Regionen der Anden. Die Unterschiede zwischen dem mittleren Holozän und der vorindustriellen Periode sind vor allem in den Differenzen zwischen den Jahreszeiten hinsichtlich leicht erhöhter Temperaturen während des Südsommers und erniedrigten während des Südwinters zu beobachten. Die simulierten Niederschlagsänderungen zeigen keine klaren Unterschiede zwischen dem MH6K und der vorindustriellen Periode auf. Die aussertropischen Westwinde weisen für den Unterschied zwischen der vorindustriellen Periode und der rezenten Periode auf eine ganzjährig starke Zunahme hin, welche in Zusammenhang mit einer Verstärkung der südostpazifischen und südatlantischen Antizyklone stehen. Im Gegensatz dazu zeigen die Unterschiede zwischen dem mittleren Holozän und der vorindustriellen Periode nur geringe Unterschiede mit einer leichten Zunahme der Winde während des Südsommers und einer leichten Abnahme während des Winters auf. Der Mehrwert des Regionalmodells gegenüber dem Globalmodell ist vor allem für lokalskalige Variablen wie Niederschlag und Windfelder in der unteren Troposphäre zu beobachten. Diese Effekte sind vor allem in der Nähe von komplex strukturietem Gelände der Anden vorzufinden, welche innerhalb des Regionalmodells realistischer abgebildet werden. Die Abschätzung von Seespiegelschwankungen konnte exemplarisch nur für den Titicaca-See vorgenommen werden, da die Auflösung des Modells in der Größenordnung von 50 km keine Simulation der Verdunstung über kleineren Wasserkörpern gestattete. Die Anwendung einer Wasserhaushaltsgleichung basierend auf den Ausgabefeldern des regionalen Klimamodells hinsichtlich Niederschlag, Verdunstung, Zufluss und Abluss aus dem See resultierte in einer langfristigen Trendkomponente des Seespiegels, welche durch das jährliche Residuum des Wasserhaushalts gesteuert wird und über das Langzeitverhalten der Seespiegelkurve bestimmt. Der Vergleich verschiedener Downscaling Ansätze stellt einen wichtigen Prozess dar das Potential statistischer Methoden zu testen verlässliche Abschätzungen vergangener Klimate zu erzeugen. Die täglichen Ausgabefelder der regionalen Klimasimulationen wurden in diesem Zusammenhang genutzt den großräumige Zirkulation für die Region des Sees Laguna Potrok Aike (70 °W, 52 °S), hinsichtlich Niederschlag unter Zuhilfenahme der (nicht-linearen) Analog Methode sowie der (linearen) Kanonischen Korrelationsanalyse abzuschätzen. Der Vergleich mit den Original-Ausgabefeldern der regionalen Klimasimulationen mit den Ergebnissen der beiden Methoden zeigt ähnliche Validierungsergebnisse hinsichtlich der linearen Korrelation, wobei die Analog Methode aufgrund ihrer Architektur bessere Ergebnisse hinsichtlich einer realistischeren Abbildung der Niederschlagsverteilung auf täglicher Basis aufzeigt.
Publications
- (2009): The Little Ice Age in Southern South America: Proxy and Model Based Evidence. In: F. Vimeux et al. (eds), Past Climate Variability in South America and Surrounding Regions, Developments in Paleoenvironmental Research, 14, 395.412
Meyer, I. and S. Wagner
(See online at https://doi.org/10.1007/978-90-481-2672-9_16) - Climatic changes and driving forcing mechanisms between 20th century and pre-industrial times over South America in regional model simulations, Clim. Past Discuss., 7, 2981-3022
Wagner, S., Fast, I., and Kaspar, F.
(See online at https://doi.org/10.5194/cp-8-1599-2012)
