In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse von Simulationen eines globalen Klimasystem-Modells mittlerer Komplexität für das Holozän präsentiert und die Belastbarkeit der Ergebnisse im Hinblick auf veränderte Versuchsdurchführungen und Parameterisierungen der Landoberfläche untersucht.
Die Beschaffenheit des Modells CLIMBER erlaubte es erstmalig, Simulationen unterschiedlicher Modellkonfigurationen (Komponenten: Atmosphäre, Ozean, Vegetation; letztere beide entweder veränderlich oder auf einen vorgegebenen Zustand festgesetzt) durchzuführen und so auf konsistente Art den Einfluss der verschiedenen Klima-Untersysteme wie auch Synergieeffekte abzuschätzen. Die jeweiligen Effekte werden anhand von Verstärkungsfaktoren verdeutlicht. Auch die hier präsentierten transienten Simulationen waren mit bisherigen Modellen so nicht möglich.
Gleichgewichts-Simulationen für 6000 Jahre vor heute zeigen - ähnlich wie andere Modelle - ein wärmeres und feuchteres Klima in der (sommerlichen) Nordhemisphäre, eine nordwärtige Ausdehnung borealer Wälder und eine weit verbreitete Vegetation im Gebiet der Sahara. Die Synergie, die sich durch wechselseitige Verstärkung von Vegetations-Schnee-Albedo-Effekt und Meereis-Albedo-Effekt vor allem in hohen nördlichen Breiten ergibt, bewirkt dort nahezu ganzjährig höhere Temperaturen, was das vermeintliche Biomparadoxon in den geologischen Daten auflöst. Sie führt außerdem durch Reduzierung des nordwärtigen Wärmetransportes im Atlantik zu einer Erwärmung der antarktischen Region. Die Subtropen sind von Synergieeffekten nur wenig beeinflusst.
Transiente Simulationen über die letzten 9000 Jahre zeigen einen allmählichen Rückgang der höheren Sommertemperaturen in der Nordhemisphäre wie auch einen entsprechend langsamen Rückzug der borealen Wälder. Einzig in Nordafrika kommt es durch die starke positive Wechselwirkung zwischen Niederschlägen und Vegetation zu einem abrupten Rückzug der Vegetation um 5500 Jahre vor heute.
Veränderungen der Bodenenergie- und -feuchtebilanzen zwischen zwei Simulationen werden außer auf atmosphärische Größen auch auf einzelne Parameter zurückgeführt. Diese bestimmen vor allem Differenzen zwischen den unterschiedlichen Oberflächentypen mit ihren gegebenenfalls veränderlichen Flächenanteilen. Daher wird hier neben Empfindlichkeitsstudien zu veränderten Versuchsdurchführungen zusätzlich der Einfluss dieser Oberflächenparameter im Modell untersucht:
a) Auf unterschiedlich gewählte Anfangs- oder Randbedingungen reagiert vor allem das Meereis. Die Vegetation zeigt erst gegenüber unrealistischen Anfangsbedingungen eine gewisse Sensibilität. In der Sahara können so Unterschiede des Vegetationsanteils von bis zu 20% auftreten.
b) Die Reaktion der Vegetation auf Veränderungen des Ozeans hängt für verschiedene Regionen Nordafrikas auf unterschiedliche Weise von den Einstrahlungsbedingungen ab.
c) Die transienten Simulationen sind stabil gegenüber Änderungen der Anfangsbedingungen.
d) Der Zeitpunkt von Vegetationsumbrüchen kann sich etwa durch Änderung der Randbedingungen in der Größenordnung von hundert Jahren verschieben.
e) Es wird ein Hysterese-Effekt in der Größenordnung von wenigen hundert Jahren beobachtet.
f) Die Vegetationsausbreitung in borealen Breiten und in den Subtropen ist jeweils vom Ozean sowohl in hohen als auch in niederen Breiten abhängig.
g) In borealen Breiten zeigt sich eine gewisse Sensibilität des Modells vor allem gegenüber - im Rahmen der gegebenen Unsicherheiten - unterschiedlich gewählten Werten der Rauigkeitslänge und der Parameterisierung des Schneeanteils, weniger gegenüber dem Blattflächenindex. Differenzen des Vegetationsanteils betragen so weniger als 10%.
h) In Nordafrika können die unterschiedlich gewählten Werte der Rauigkeitslänge hier Differenzen von bis zu 35% hervorrufen. Die Albedowerte in der Sahara beeinflussen deutlich auch das Klima im Sahel, das Klima in der Sahara wird stark von der Albedo in den zentralasiatischen Wüsten beeinflusst.
Mit Veränderungen der Oberflächenparameter ist es möglich, Abweichungen der Modellresultate von den Beobachtungsdaten zu verringern. Erst derartige - in den üblichen Darstellungen häufig vernachlässigte -Empfindlichkeitsstudien haben gezeigt, dass sich zwar quantitative Differenzen etwa in der Vegetationsbedeckung von einigen zehn Prozent ergeben können, die Modellresultate im Hinblick auf die Landoberfläche jedoch qualitativ belastbar sind.
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