Beschleunigt die globale Erwärmung den Wasserkreislauf in der ostasiatischen Monsun-Region? Eine Analyse der atmosphärischen- und terrestrischen Feuchtepfade in einem regionalen Erdsystemmodell

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Kunstmann
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391681070

Die Klimaforschung geht davon aus, dass die globale Erwärmung den hydrologischen Kreislauf beschleunigt. Dies kann zu einer Veränderung von Wetterregimen führen und z.B. die Anzahl hydrometeorologischer Extremereignisse erhöhen. Für die Region des ostasiatischen Monsuns wurden solche Veränderungen beobachtet und es wird auch auf eine weitere zukünftige Intensivierung geschlossen. Die Wasserressourcen sind hier massiv genützt und direkt anthropogen beeinflusst, was den natürlichen hydrologischen Kreislauf modifiziert. Die detaillierten Mechanismen des Einflusses der globalen Erwärmung und direkter anthropogener Eingriffe auf eine mögliche Beschleunigung des hydrologischen Kreislaufs sind nicht vollständig verstanden. Bisherige Methoden zur Untersuchung der Aufenthaltszeiten von atmosphärischer Feuchte benützen stark vereinfachende Annahmen bzgl. der Kopplung von Landoberfläche und Atmosphäre. Einerseits vernachlässigen Klimamodelle laterale terrestrische Wasserflüsse, andererseits berücksichtigen komplexere Landoberflächenmodelle keine Rückkopplungen zur Atmosphäre.Erst in jüngerer Zeit wurden Methoden zur expliziten Verdunstungs-Verfolgung innerhalb von regionalen Klimamodellen entwickelt, die es erlauben, den Weg des aus einer Zielregion verdunstenden Wassers zu verfolgen bis es als Niederschlag wieder zur Landoberfläche zurückkehrt. Insbesondere wurde kürzlich eine Alters-gewichtete Verdunstungsverfolgung entwickelt und für die Analyse von Aufenthaltszeiten atmosphärischer Feuchte und damit der Geschwindigkeit des atmosphärischen Teils des hydrologischen Zyklus angewendet. Wir werden ein voll gekoppeltes regionales Atmosphäre-Hydrologie Modellsystem (das regionale Erdsystemmodell WRF-HMS) so erweitern, dass es direkte anthropogene Eingriffe in den Wasserhaushalt besser berücksichtigt. Zweitens werden wir die Methode der Feuchte-Verfolgung in WRF-HMS auf den gesamten atmosphärisch-terrestrischen Wasserkreislauf erweitern, und zwar unter Benützung eines Alters-gewichteten Algorithmus. Dies erlaubt uns die Ableitung von Aufenthaltszeiten von Wasser in den jeweiligen Kompartimenten und damit Rückschlüsse auf eine mögliche Beschleunigung des hydrologischen Kreislaufs. Drittens werden wir die atmosphärischen Bedingungen charakterisieren, bei denen die komplexere Beschreibung terrestrischer lateraler Wasserflüsse eine Rolle spielt. Wir werden untersuchen, inwieweit die Berücksichtigung des konkreten Wasserressourcenmanagements die Feuchtepfade und Aufenthaltszeiten verändert. Schließlich werden wir das erweiterte regionale Erdsystemmodell für Klimasimulationen mit unterschiedlichen RCP Szenarien verwenden und damit ein neues Verständnis der Mechanismen der Beschleunigung des hydrologischen Kreislaufs in der Region des ostasiatischen Monsuns bei globaler Erwärmung ermöglichen. Auch die Rolle und die Effekte des Wasserressourcenmanagements werden hier abgeschätzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Mitverantwortlich: Joel Arnault, Ph.D.
• Kooperationspartner: Professor Dr. Zhongbo Yu