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Natürliche Klimavariationen der Arktis in einem regionalen hochauflösenden Atmosphärenmodell

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Dorn, W. (2001): Natürliche Klimavariationen der Arktis in einem regionalen hochauflösenden Atmosphärenmodell , PhD thesis, Universität Potsdam.
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KURZFASSUNG:Um das Ausmaß arktischer Klimavariationen in Verbindung mit natürlichenZirkulationsänderungen möglichst realistisch abschätzen zu können, wurden Simulationenmit einem regionalen Klimamodell für die arktische Atmosphäre durchgeführt. Dasgebietsbeschränkte regionale Modell wurde dazu in ein globales Klimamodell eingebettetund besitzt im Verhältnis zum globalen Modell eine deutlich höhere horizontale Auflösung,wodurch nicht nur eine detailliertere Darstellung des Klimas erreicht wird, sondern z.B. aucheine Verbesserung der Simulation des kurzzeitigen Wettergeschehens und desWasserkreislaufs, insbesondere des Niederschlags.In Zusammenhang mit natürlich auftretenden überwiegend warmen bzw. kalten arktischenKlimabedingungen zeigen Simulationen für den Monat Januar zwei verschiedeneZirkulationszustände. Warme Januare sind durch einen troposphärischen Wirbel über derwestlichen Arktis charakterisiert, wogegen kalte Januare einen ausgedehnteren Wirbel mitZentrum über der östlichen Arktis aufweisen. In Verbindung mit dieser unterschiedlichenLage des Wirbels tritt in warmen Januaren ein stärkerer meridionaler Wärme- undFeuchtetransport in die zentrale östliche Arktis auf, der die Bildung eines ausgedehntenkalten Wirbels über der östlichen Arktis verhindert. Hierin zeigt sich eine Rückkoppelungzwischen der großräumigen Zirkulation und der arktischen Temperaturverteilung, dieletztlich für die Persistenz der beiden Zustände verantwortlich ist.Durch den Einfluss der Nordatlantischen Oszillation (NAO) treten im Winter über demNordwesten des eurasischen Kontinents Temperaturunterschiede von etwa 3-6 GradCelsius auf. Diese simulierten natürlichen Temperaturschwankungen sind deutlich größer alsdie in den letzten beiden Jahrzehnten an gleicher Stelle beobachtete Erwärmung von etwa1-2 Grad Celsius. Der Einfluss der NAO auf das Klima Nordeuropas könnte demzufolgegrößer sein als bislang vermutet. Der erwartete signifikante Zusammenhang zwischen derNAO und dem Niederschlag über Grönland zeigt sich allerdings nicht. Eine historischeRekonstruktion des NAO-Index allein aus grönländischen Niederschlagsmengen kannfolglich nur zu ungenauen Ergebnissen führen.Ein Treibhausgas+Aerosol-Szenario zeigt in der Nordpolarregion bis zum Jahr 2050 einemittlere Erwärmung im Winter von etwa 4,5 Grad Celsius. Die stärkste Erwärmung trittdabei über den Randbereichen des Arktischen Ozeans auf, die auch eine starke Abnahmevon Meereis aufweisen. Allerdings steht diese Erwärmung der Arktis infolge zunehmenderTreibhausgase und Aerosole in Konkurrenz zu den Phasen der NAO, die eine deutlicheModifikation des regionalen Klimas der Arktis auch in einer Welt mit erhöhtenatmosphärischen Treibhausgasen bewirkt. Natürliche Schwankungen des arktischen Klimasmüssen demzufolge bei einer regionalen Bewertung sowohl historischer und gegenwärtigerals auch zukünftiger Klimaänderungen berücksichtigt werden.ABSTRACT:In order to estimate as realistically as possible the dimension of Arctic climate variations inconjunction with natural circulation changes, simulations with a regional climate model forthe Arctic atmosphere have been carried out. For this purpose, the limited area regionalmodel was imbedded into a global climate model and features a much higher horizontalresolution than the global model, whereby not only a more detailed representation of theclimate will be reached but e.g. also an improvement of the simulation of transient weatherevents and the hydrological cycle, particularly the precipitation.In connection with naturally occurring predominantly warm or predominantly cold Arcticclimate conditions, simulations for the month of January show two different circulation states.Warm Januaries are characterized by a tropospheric vortex over the western Arctic,whereas cold Januaries feature a more expanded vortex centered over the eastern Arctic.Associated with the different location of the vortex, a stronger heat and moisture transportappears into the central eastern Arctic in warm Januaries. Simultaneously, this heattransport prevents the formation of an expanded cold vortex over the eastern Arctic. Theoutcome of this is a feedback between the large-scale circulation and the Arctictemperature distribution, which is finally responsible for the persistence of the two states.As a result of the influence of the North Atlantic Oscillation (NAO), winter temperaturedifferences of about 3-6 degree Centigrade occur over the north-western Eurasiancontinent. These simulated natural temperature variations are clearly larger than theobserved warming of about 1-2 degree Centigrade during the past two decades in the samelocation. The influence of the NAO on the climate in northern Europe could thus be largerthan presumed up to now. But the expected significant correlation between the NAO and theprecipitation over Greenland does not appear. A historic reconstruction of the NAO indexmerely from Greenland precipitation amounts may lead to inaccurate results.A greenhouse gas and aerosol scenario shows a mean winter warming of about 4.5 degreeCentigrade in the northern polar region until the year 2050. The strongest warming occursover the marginal areas of the Arctic Ocean which also feature a strong decrease ofsea-ice. But this strong warming of the Arctic in consequence of increasing greenhousegases and aerosols is competed with the phases of the NAO. The NAO modifies the regionalclimate of the Arctic significantly, also in a world with enhanced greenhouse gases.Consequently, natural variations of the Arctic climate have to be taken into account in aregional assessment of both historic and present as well as future climate changes.

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