Schlüsselfaktoren der Klimavariabilität in Afrika
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Prof. Dr. Heiko Paeth, Institut für Geographie, Universität Würzburg Schlüsselfaktoren der Klimavariabilität in Afrika – Anwendungsgebiet der Regionalmodellierung I. Ausgangssituation in Afrika II. Klimamodellierung DMG-Fortbildung “Tropenmeteorologie“ Köln 05.11.2009 III. Einfluss der Ozeane IV. Einfluss der Treibhausgase V. Einfluss der Aerosole VI. Einfluss der Landnutzung VII. Zusammenfassung Heiko Paeth [email protected] I Ausgangssituation in Afrika Mittlerer Jahresniederschlag 1961-1990 Januar Klimatisch: - ausgeprägte Gradienten des Jahresniederschlages zwischen Tropen und Subtropen - klar definierte Saisonalität des Niederschlages durch Monsunzirkulation Heiko Paeth Juli [email protected] I Ausgangssituation in Afrika Hungersnöte Klimawandel Migration Bürgerkrieg ? Heiko Paeth [email protected] I Ausgangssituation in Afrika Auslöser der Saheldürre? Sommermonsunniederschlag Ozean ? Treibhausgase ? Landdegradation ? Natürliche Variabilität ? Heiko Paeth [email protected] II Klimamodellierung Sonnenaktivität Klimaschwankungen / Klimaänderungen Menschliche Aktivitäten ? ? ? Vulkanismus Heiko Paeth [email protected] II Klimamodellierung Vorteil: - eindeutiges Ergebnis Nachteile: - extrem teuer - extrem langwierig Heiko Paeth [email protected] II Klimamodellierung Vorteile: - schnell - teuer, aber bezahlbar - Zukunftsprojektionen möglich Nachteil: - Unsicherheiten bei Vorhersagen ⇒ Wahrscheinlichkeitsaussagen Heiko Paeth [email protected] II Klimamodellierung Heiko Paeth [email protected] II Klimamodellierung Strahlungsschema mit CO2, CH4 , NOx, FCKW Jahresgang der solaren Einstrahlung Wolken und Niederschlag ⇐ Parameterisierungen Druck, Temperatur, Wind, Feuchte … atmosphärischer Antrieb aus 6-stündigen globalen Datensätzen Jahresgang von Vegetationsanteil Waldanteil Albedo Bodenmodell Heiko Paeth r ∂p ∂T ∂q ∂v = ... = ... ; = ... ; = ... ; ∂t ∂t ∂t ∂t Orographie Meeresoberflächentemperaturen atmosphärischer Antrieb aus 6-stündigen globalen Datensätzen [email protected] II Klimamodellierung ¾ im konkreten Fall lässt sich auch eine Kette ineinander “genesteter“ Klimamodelle realisieren (hier: Westafrika): ¾ globale Skala - ECHAM4, Reanalysen - 300 km, 200 Jahre ¾ synoptische Skala - REMO - 50 km, 30 Jahre ¾ regionale Skala - LM - 7-28 km, 1 Jahr ¾ lokale Skala - FOOT3DK - 1-7 km, 1 Woche jeder Modellebene liegt eine spezifische raumzeitliche Betrachtungsweise zugrunde Heiko Paeth [email protected] III Einfluss der Ozeane globales Atmosphärenmodell mit beobachteten SST ( = sea surface temperatures) Korrelation: r=0,6 ⇒ 36% erkl. Varianz alle tropischen Ozeane beteiligt Heiko Paeth [email protected] IV Einfluss der Treibhausgase ← 1000 ppm: Mesozoikum 250 Jahre 65 Mio. Jahre ← 280 ppm: vorindustriell Heiko Paeth [email protected] IV Einfluss der Treibhausgase IPCC-AR4 21 globale GCMs mit THG und Aerosolen (2080-2099) minus (1980-1999) überall Erwärmung um 2.5 bis 4°C innere Tropen feuchter; Sahel und Sahara trockener große Modellunsicherheit über trop. Afrika Heiko Paeth [email protected] V Einfluss der Aerosole mg/m2 Maximum der anthropogenen Aerosolemissionen über Afrika und China Heiko Paeth [email protected] V Einfluss der Aerosole Abkühlung durch Absorption (thermisch) Abkühlung durch mehr Wolken (thermisch) Heiko Paeth weniger Niederschlag (hygrisch) mehr Starkregen (hygrisch) Erwärmung durch verstärkten THE an Eiswolken (thermisch) Erwärmung durch Wolkenauflösung (thermisch) [email protected] V Einfluss der Aerosole Niederschlagsänderungen (heute minus vorindustriell) Aerosole verursachen Dürretrend in Afrika CLIM G A GA Heiko Paeth : : : : Mittelwert Treibhausgase Aerosole THG + Aerosole [email protected] VI Einfluss der Landnutzung Schäden durch Viehfraß fast baumlose Grassavanne Heiko Paeth unkontrollierte Besiedlung und shifting cultivation Desertifikation [email protected] VI Einfluss der Landnutzung Prozesse der Vegetationsdegradation: - Bedeckungsgrad der Veg. - Waldanteil - Blattflächenindex + Oberflächenalbedo - Rauhigkeitslänge Prozesse der Bodendegradation: - Infiltration + Oberflächenabfluss + Drainage im Boden + Welkepunkt Heiko Paeth [email protected] Treibhausgase VI Einfluss der Landnutzung REMO 0,5° , 1960-2050 Landdegradation A1B + B1 - Bevölkerungswachstum - Globalisierung - shifting cultivation - Urbanisierung - Desertifikation Heiko Paeth [email protected] VI Einfluss der Landnutzung ⇒ deutlich wärmeres und trockeneres Klima im subsaharischen Afrika Heiko Paeth [email protected] VI Einfluss der Landnutzung ⇒ deutlich wärmeres und trockeneres Klima im subsaharischen Afrika ⇒ Landdegradation ist maßgeblich verantwortlich für Niederschlagsrückgang Heiko Paeth [email protected] Heiko Paeth Treibausgase & Landnutzung Aerosolanstieg Treibhausgasanstieg Bodendegradation Vegetationsrückgang Niederschlagsänderung an Guinea-Küste (mm/a) VII Zusammenfassung +100 0 -100 -200 -300 [email protected] VII Zusammenfassung Î Regionale Klimamodelle sind ein wichtiges Instrument bei der Erfassung des zukünftigen Klimawandels. Î Zukünftige Landnutzungsänderungen sind ein zentraler Einflussfaktor für den Klimawandel in Afrika. Î Zukünftige Landnutzungsänderungen und Treibhausgaserhöhungen könnten im tropischen Afrika zu folgenden klimatischen Veränderungen führen: - Abschwächung des hydrologischen Kreislaufes - bodennahe Erwärmung - Intensivierung des Hitzestresses - Verlängerung der Monsun-Breaks Î Die große Rolle der Landnutzung impliziert einen Handlungsspielraum hinsichtlich Klimawandel und Klimaschutz. nationalen Î Unsicherheiten bestehen noch hinsichtlich der Rolle der Aerosole. Heiko Paeth [email protected] Heiko Paeth [email protected] VI Einfluss der Landnutzung ¾ exaktes Muster der Landnutzungsänderung kaum zu antizipieren, da kleinräumig fragmentierter Prozess: stochastische Modellierung: Abschätzungen der UN / FAO auf großräumiger Ebene Heiko Paeth tropisches Afrika: Bevölkerung: +2,7% Wald: -32% bis 2050 stochastisches Modell: → x = −32% dynamisches AtmosphäreBiosphäreModell [email protected] VI Einfluss der Landnutzung ¾ beobachtete Hauptcharakteristika des afrikanischen regionalen Klimamodell REMO gut reproduziert Heiko Paeth Klimas vom [email protected] VI Einfluss der Landnutzung AEW dynamics Dynamik der African Easterly Waves reproduziert Heiko Paeth [email protected] VI Einfluss der Landnutzung ⇒ Verlängerung der Monsununterbrechungen ⇒ Rückzug der natürlichen Grenzen der Landwirtschaft (ohne Bewässerung) Heiko Paeth [email protected]
