Atlantik Niños in globalen Klimamodellen: regionale Auswirkungen und tropische Telekonnektionen

  • Diese Arbeit untersucht die Eigenschaften sowie die regionalen bis globalen Einflüsse des Atlantik Niños mit einem Ensemble von 15 state-of-the-art globalen Klimamodellen. Die Atlantik Niño Ereignisse werden mit Regenanomalien an den Küstenregionen des westlichen und südwestlichen Afrikas und mit Veränderungen im südatlantischen Meeresökosystem in Verbindung gebracht. Die atlantischen Warmwasserereignisse sind dem weitaus bekannteren Phänomen des pazifischen El Niño ähnlich, treten aber unregelmäßiger und weniger intensiv auf. Ein Multi-Modell-Ensemble aus der fünften Phase des internationalen Modellvergleichsprojekts CMIP5 wird verwendet, um die Auswirkungen der Variabilität der tropischen Meeresoberflächentemperaturen (SSTs) zu analysieren. Die Modelldaten ermöglichen die Untersuchung der klimatischen Bedingungen von fast zweieinhalb Jahrhunderten (1861-2100). Sie sind in einen historischen Teil (1861-2004), der den Einfluss der gemessenen Sonnenstrahlung, Änderungen derDiese Arbeit untersucht die Eigenschaften sowie die regionalen bis globalen Einflüsse des Atlantik Niños mit einem Ensemble von 15 state-of-the-art globalen Klimamodellen. Die Atlantik Niño Ereignisse werden mit Regenanomalien an den Küstenregionen des westlichen und südwestlichen Afrikas und mit Veränderungen im südatlantischen Meeresökosystem in Verbindung gebracht. Die atlantischen Warmwasserereignisse sind dem weitaus bekannteren Phänomen des pazifischen El Niño ähnlich, treten aber unregelmäßiger und weniger intensiv auf. Ein Multi-Modell-Ensemble aus der fünften Phase des internationalen Modellvergleichsprojekts CMIP5 wird verwendet, um die Auswirkungen der Variabilität der tropischen Meeresoberflächentemperaturen (SSTs) zu analysieren. Die Modelldaten ermöglichen die Untersuchung der klimatischen Bedingungen von fast zweieinhalb Jahrhunderten (1861-2100). Sie sind in einen historischen Teil (1861-2004), der den Einfluss der gemessenen Sonnenstrahlung, Änderungen der Landnutzung, Treibhausgasemissionen und Aerosolkonzentrationen wieder spiegelt, und in einen Zukunfts-Abschnitt (2006-2100), der sog. representative concentration pathways (rcp) folgt, unterteilt. Zwei verschiedene rcp Szenarien werden verwendet: ein eher pessimistisches Szenario mit einem zusätzlichen Strahlungsantrieb von 8,5 W/m² (rcp85) und ein moderateres Szenario mit einem zusätzlichen Strahlungsantrieb von 4,5 W/m² (rcp45) im Jahr 2100. In einem ersten Schritt werden die Eigenschaften der beobachteten und modellierten Atlantik Niños analysiert und verglichen. Trotz des großen Bias der modellierten südatlantischen tropischen SSTs ist das CMIP5 Ensemble in der Lage, Warmwasserereignisse realitätsnah zu simulieren. Jedoch wird die Auftrittshäufigkeit durch die Modelle etwas unterschätzt und die nordsommerliche Peak-Phase ist um 1-2 Monate verschoben. Eine einheitliche statistisch signifikante Veränderung der Atlantik Niño Eigenschaften wird bis zum Ende des 21. Jahrhunderts nicht projiziert, das Szenario rcp85 simuliert jedoch eine leichte Intensivierung der zukünftigen Atlantik Niños. Um die Auswirkungen von Atlantik Niño Ereignissen auf die regionalen atmosphärischen Bedingungen zu untersuchen, werden Korrelations- und Komposit-Analysen mit Beobachtungs-, Reanalysedaten und dem CMIP5 Modell Ensemble durchgeführt. Die Ergebnisse weisen auf signifikante Zusammenhänge zwischen den anomalen SSTs und dem Niederschlag entlang der afrikanischen Atlantikküste hin. Die atlantischen SST Anomalien beeinflussen auch die El Niño-Southern Oscillation (ENSO) im Pazifischen Ozean, die SSTs des Indischen Ozeans und den Monsun in Südasien durch die Modifizierung der Walker- und Hadleyzirkulation und den damit verbundenen atmosphärischen Anomalien. Zunächst wird die Telekonnektion vom Atlantik zum Pazifik untersucht: Ein Atlantik Niño im borealen Sommer hat in der anschließenden Wintersaison eine Pazifik La Niña zur Folge. Alle Modelle sind in der Lage, diese Art der Telekonnektion zu simulieren, die Auftrittshäufigkeit wird von den Modellen jedoch unterschätzt. Weiterhin werden Telekonnektionen vom Pazifik zum Atlantik untersucht: Ein Pazifik El Niño im borealen Winter kann entweder ein Warmwasserereignis oder ein Kaltwasserereignis (Atlantik Niña) im darauf folgenden Sommer im äquatorialen Atlantik zur Folge haben. Auch diese beiden Arten von Wechselwirkungen werden von den Modelldaten unterschätzt und es gibt Modelle, die überwiegend nur eine Art von Pazifik-Atlantik Telekonnektionen simulieren. Eine zusätzliche Analyse zeigt, dass die Anzahl der simulierten Telekonnektionen von der Größe des SST Bias abhängt. Ein großer SST Bias beeinträchtigt die erfolgreiche Signalübertragung von der Atmosphäre in den Ozean und kann somit die initiale Ausbreitung der atmosphärischen Anomalien stören. Die Telekonnektionen zwischen Atlantik Niños und dem Indischen Ozean sowie dem südasiatischen Sommermonsun sind weitere Themen dieser Arbeit. Das CMIP5 Ensemble simuliert positive SST Anomalien im nordwestlichen Indischen Ozean und reduzierten Monsunregen aufgrund von sommerlichen Atlantik Niños. Die Auswirkung auf den südasiatischen Monsun wird von den Klimamodellen etwas zu schwach simuliert. Um die künftige Entwicklung der tropischen Telekonnektionen unter den Bedingungen der globalen Erwärmung zu untersuchen, werden die beiden Zukunftsszenarien rcp45 und rcp85 analysiert. Das Auftreten von Pazifik-Atlantik Telekonnektionen, auf die kalte SST Anomalien folgen, werden bis zum Jahr 2100 im Vergleich zum historischen Zeitraum stark zurückgehen, da für die Telekonnektion stärkere ozeanische und atmosphärische Anomalien erforderlich sind. Die untersuchten Szenarien zeigen für die atlantisch-indischen Wechselwirkungen keine einheitlichen Änderungssignale. In rcp45 wird der Einfluss von Atlantik Niños auf den asiatischen Sommermonsun abnehmen, in rcp85 erfolgt eine stärkere warme SST Anomalie im nordwestlichen Indischen Ozean als in der Vergangenheit.show moreshow less

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Metadaten
Author:Irena Kaspar-OttGND
URN:urn:nbn:de:bvb:384-opus4-34163
Frontdoor URLhttps://opus.bibliothek.uni-augsburg.de/opus4/3416
Advisor:Jucundus Jacobeit
Type:Doctoral Thesis
Language:German
Publishing Institution:Universität Augsburg
Granting Institution:Universität Augsburg, Fakultät für Angewandte Informatik
Date of final exam:2015/12/10
Release Date:2016/02/02
Tag:Atlantik Niño; CMIP5; ENSO; tropischer Atlantik; tropische Zirkulation
GND-Keyword:Telekonnektion; Klima; Afrika; Modell; Monsun; Atlantischer Ozean; El-Niño-Phänomen
Institutes:Fakultät für Angewandte Informatik
Fakultät für Angewandte Informatik / Institut für Geographie
Fakultät für Angewandte Informatik / Institut für Geographie / Lehrstuhl für Physische Geographie mit Schwerpunkt Klimaforschung
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften
Licence (German):Deutsches Urheberrecht