Die holozäne Temperatur- und Niederschlagsvariabilität in Europa

Präsentation zum Thema: "Die holozäne Temperatur- und Niederschlagsvariabilität in Europa"—  Präsentation transkript:

1 Die holozäne Temperatur- und Niederschlagsvariabilität in Europa
(Quelle: NASA)

2 Programm Motivation Grundlagen Stand des Wissens
Holozäne Temperaturvariabilität Europas Holozäne Niederschlagsvariabilität Europas 4. Mögliche Ursachen der Variabilität

3 1. Motivation Globale Erwärmung: Überlagerung vom anthropogenen Treibhauseffekt und natürlicher Variabilität (zB Änderung der Sonnenaktivität) Trennung dieser Effekte um menschlichen Anteil dieser Erwärmung zu bestimmen im vorindustriellen Holozän natürliche Einflüsse dominant holozäne Temperatur- und Niederschlagsrekonstruktion liefert Abschätzung über Größenordnung Geschwindigkeit Häufigkeit (Ir-)Reularität von natürlichen Klimavariationen einer Warmzeit Schluss auf anthropogenen Anteil

4 2. Grundlagen Temperatur
Maß für die mittlere kinetische Energie der Luftmoleküle Definition der World Meteorological Organization (WMO) für die Tagesmitteltemperatur: Messung in weißen Klimahütten, die: sich 2m über einer Grasfläche befinden mindestens 10m vom nächsten Baum entfernt sind ungehindert vom Wind getroffen werden können Klimahütte (Quelle: Heribert Fleer)

5 Niederschlag Niederschlag: Regen, Schnee, Hagel, aber auch Nebel und Tau Niederschlagsmenge: Höhe der Wasserschicht, die sich durch Niederschlag auf ebener Fläche gebildet hätte Messstandards: Regenmesser mit 200qcm Auffangöffnung, an windarmer aber freier Stelle Probleme: keine zufriedenstellende Methode zur quantitativen Erfassung Frage der Übertragbarkeit auf die Umgebung Ablenkung der Niederschlagspartikeln bei Starkregen- ereignissen durch Messaufbau Schnee, Hagel, Tau, Nebel besonders schlecht zu messen, nur in gesonderten Geräten (unterschiedliche Messfehler!) Regenmesser (Quelle: Hellmann)

6 Zusammenhang zwischen Niederschlag und Temperatur - Transport latenter Wärme
mehr Niederschlag höhere Temperatur aber: Umkehrschluss höhere Temperatur gesteigerte Verdunstung mehr Niederschlag im allgemeinen noch nicht gezeigt Wärmeaufnahme Wärmeabgabe Verdampfungsenthalpie von Wasser: ~2450kJ/kg Bei 800mm Jahresnieder- schlag entspricht das: ~2GJ/(qm*y) ~ 60W/qm

7 Messreihen Anforderungen:
Standort der Messstationen weitab von urbanen Gebieten um wechselnden anthropogenen Einfluss zu vermeiden Stichwort Stadtklima: homogene Messverfahren wegen Vergleichbarkeit Heterogenität zB durch: wünschenswert: hohe räumliche Dichte an Messstationen höhere Temperatur niedrigere Luftfeuchte länger anhaltender Starkregen (viele Kondensationskeime) Verwendung der Messergebnisse verschiedener Stationen von verschiedenen Perioden als eine Messreihe Ortsänderung von Stationen Austausch von Messinstrumenten

8 Räumliche Temperaturvariabilität in Europa
(Quelle: Sweklim) Jahresmitteltemperaturen gemittelt über die WMO-Standardperiode

9 Räumliche Jahresniederschlagsvariabilität in Europa
(Quelle: IIASA) Jahresniederschläge gemittelt über die WMO-Standardperiode

10 Verlängerung der Messreihen
verlässliche Messreihen reichen nur etwa Jahre zurück „Verlängerung“ der Messreihen durch Proxies Kalibrierung der Proxies anhand der Messreihen) Rekonstruktion von T&P aus (Multi-)Proxydaten Mögliche Paläoarchive: Eisbohrkerne Baumringdicken Baumgrenzen Sedimente Grundwasser Stalagmiten Seespiegel und viele mehr … Eisbohrkern (Quelle: L. Augustin) Sedimentkerne (Quelle: Pier der Wissenschaft)

11 3. Stand des Wissens Holozäne Temperaturvariabilität in Europa Holozäne Temperaturvariabilität der Nordhemisphäre

12 Vergleich mit den Temperaturvariationen vor dem Holozän
wärmer kälter weit geringere Temperaturschwankungen im Holozän als in der Zeit davor hohe Anforderung an zeitliche Auflösung von Proxy-Daten

13 Gemittelte Anomalien europäischer Temperaturaufzeichnungen
(Quelle: Brohan et al.) Hälfte des Anstiegs von möglicherweise durch Verstädterung Trends in Zusammenhang mit Variabilität regionaler Zirkulationsmuster der oberen Atmosphäre des europäischen Luftdrucks der North Atlantic Oscillation

14 Temperaturtrend pro Dekade gemittelt über die Periode von 1851-1991, auf Monate aufgeschlüsselt
(Quelle: Balling et al.)

15 Holozäne Niederschlagsvariabilität in Europa
Baumringe (Schweiz) Eisbohrkern (Grönland) Seeleveländerungen (Polen) Pollen aus Sedimenten (österr. und schweiz. Alpen) Sedimentationraten (Deutschland) 2000BP Relative feuchte Zeiträume (in grau): BP BP BP BP BP BP BP BP BP 11000BP (Quelle: Haas et al. und Zolitschka 1998)

16 Vergleich mit einer anderen Niederschlagsstudie
Phasen höhere Seespiegel in Mitteleuropa Trockenphasen in Südspanien von Eisbergen transportierter Gletscherschutt im N-Atlantik Winterniederschlag in Westnorwegen 0BP 11000BP (Quelle: Magny et al.) nach Norden nach Süden kalt/trocken warm/feucht

17 Niederschlagstrends in holozänen Kältephasen
Grenzen des niederschlagsreicheren Bereichs während schwächerer Kältephasen Feuchterer Bereich beim 8,2k Event (Quelle: Magny et al.) Variation der niederschlagsreichen Zone wahrscheinlich Ergebnis von wechselnder Stärke der Westlagen (Änderungen im Temperaturgradienten zwischen hohen und niederen Breiten)

18 Flächengemittelte Niederschlagsaufzeichnungen Deutschlands
(Quelle: Schönwiese und Trömel)

19 4. Ursachen der Klimaschwankungen im Holozän

20 Variabilität der Sonnenaktivität
Zusammenhang zwischen Temperaturschwankungen und Variabilität der Sonnenaktivität Effekte der Variationen alleine zu schwach Verstärkung dieser Effekte durch Klimasystem

21 Thermohaline Zirkulation (THZ) Strahlungsbilanz
Strahlungsbilanz erfordert Wärmetransport nach Norden, dort Wärmeabgabe an die Atmosphäre Wärmetransport von 1,2 PW im Atlantik nach Norden (deutsche Kraftwerke: 122 GW) Massenbilanz erfordert Rückströmung nach Süden Tiefenwasserbildung (Quelle: Bundesministerium für Umwelt)

22 Tiefenwasserbildung im Nordatlantik
(Quelle: Rick Williams) ozeanische Zirkulation von Erwärmung der Atmosphäre beeinflusst Störung der Dichtezunahme hat Abnahme der Zirkulation zur Folge Stärke der THZ im Nordatlantik hat an Stärke verloren: 1957: 20Sv 2004: 14Sv

23 Hysteresisverhalten der THZ
Verschiedene Gleichgewichtszustände der THZ: mehr oder minder Starke Zirkulation Zirkulation hört komplett auf werden gewisse Grenzwerte überschritten, kann System sprunghaft in anderen Zustand übergehen beim 2-4fachen der vorindustriellen Konzentration an CO2 wird die THZ komplett aufhören, Übergang möglicherweise irreversibel Aber: Nicht nur Endkonzentration entscheidender Parameter bezüglich der Irreversibilität, sondern auch die Rate des Anstiegs. Atmosphäre Atmosphäre erwärmte Wasserschicht kühleres Wasser (Quelle: T.F. Stocker)

24 Mögliche Störungen der THZ im Holozän
8,2ky Event: Aufgestautes Schmelzwasser des restlichen kan. Eisschildes fließt in den NA ab „leichtes“ Süßwasser verhindert Tiefenwasserbildung Ende der THZ für mehrere hundert Jahre 6ky Coldevent: nicht durch Schmelzwasser erklärbar, Tiefensedimentkerne aber weisen auf verminderte Tiefenwasserbildung hin Little Ice Age ?

25 North Atlantic Oscillation (NAO)
(Quelle: Visbeck&Cullen, NOAA) NAO+ NAO- stark neg. SST Anomalien vor Grönland und positive bei den Azoren starkes Islandtief und Azorenhoch positive SST Anomalien vor Grönland negative bei den Azoren Druckzentren nicht voll entwickelt

26 NAO - Index NAO-Index = Differenz der normierten Luftdruckanomalien von Islandtief und Azorenhoch gemittelt über die Wintermonate (DJF)

27 NAO in der Vergangenheit

28 Zusammenfassung Holozän Zeitraum mit langzeitigen Temperaturschwankungen von ungefähr bis zu 1°C (viel geringer als in Kaltzeiten) Temperaturamplituden der teilweise noch strittig, Trends einigermaßen sicher über Niederschlag meist eher qualitative Aussagen möglich Antrieb der Variabilität: genaue Ursachen noch unklar (Wechselwirkungen der verschiedenen Klimaantriebe) Ansatz: Änderungen der solaren Aktivität, verstärkt durch terrestrische Zirkulationen (wohl am zutreffensten, trotzdem Vereinfachung) aber auch: Vulkanausbrüche, Wechsel in der Flächennutzung… viele unterschiedliche Meinungen und Ansätze zu den Schwankungen Ziel noch nicht erreicht, den anthropogenen Treibhauseffekt von den Effekten natürlicher Variabilität zu trennen Zukunft ? (NAO, THC, Flächennutzung…)