@phdthesis{Beck2000,
  author    = {Beck, Christoph},
  title     = {Zirkulationsdynamische Variabilit{\"a}t im Bereich Nordatlantik-Europa seit 1780},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-238451},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  pages     = {350},
  year      = {2000},
  abstract  = {In der vorliegenden Studie wurden auf der Basis langer mitteleurop{\"a}ischer Zeitreihen der Temperatur und des Niederschlags sowie rekonstruierter monatlicher Bodenluftdruckfelder f{\"u}r den Bereich Nordatlantik-Europa Untersuchungen zur langperiodischen klimatischen und zirkulationsdynamischen Variabilit{\"a}t im Zeitraum 1780-1995 durchgef{\"u}hrt. Der im Rahmen dieser Arbeit betrachtete Zeitraum umfaßt damit neben dem 20. Jahrhundert, das durch eine zunehmende menschliche Einflußnahme auf das Globalklima gekennzeichnet ist, eine historische, bez{\"u}glich ihrer Klimacharakteristik anthropogen nahezu unbeeinflußte Periode. Vor dem Hintergrund der zeitlichen Limitierung bisheriger zirkulationsdynamischer und synoptisch-klimatologischer Forschungsarbeiten auf die letzten etwa 100 Jahre wurden folgende zentrale Zielsetzungen formuliert: - Erfassung und Darstellung der r{\"a}umlich differenzierten, niederfrequenten thermischen und hygrischen Variabilit{\"a}t in Mitteleuropa seit 1780, auf einer m{\"o}glichst umfassenden und hinsichtlich ihres klimatologischen Aussagewertes optimierten Datenbasis. - Untersuchung der korrespondierenden nordatlantisch-europ{\"a}ischen Zirkulationsver{\"a}nderungen und ihrer Relevanz f{\"u}r die zeitlichen Variationen von Temperatur und Niederschlag in Mitteleuropa. - Analyse der zeitlichen Variabilit{\"a}t der Beziehungen zwischen großr{\"a}umiger atmosph{\"a}rischer Zirkulation und regionalem Klima auf multidekadischer Zeitskala. Ein erster wesentlicher Arbeitsschritt umfaßte die {\"U}berpr{\"u}fung der Homogenit{\"a}t der verf{\"u}gbaren - im Rahmen der Arbeit teilweise wesentlich erweiterten - mitteleurop{\"a}ischen Temperatur- und Niederschlagszeitreihen (72 bzw. 62 Stationsreihen) mittels verschiedener absoluter und relativer Homogenit{\"a}tstests. F{\"u}r einen betr{\"a}chtlichen Teil der Zeitreihen wurden signifikante Inhomogenit{\"a}ten diagnostiziert, die unter Verwendung homogener Referenzreihen homogenisiert werden konnten. Um die angestrebte r{\"a}umlich differenzierte Analyse der klimatischen Ver{\"a}nderungen seit 1780 zu erm{\"o}glichen, erfolgten - basierend auf nichthierarchischen Clusteranalysen der Matrizen der paarweisen Korrelationen zwischen allen Temperatur- bzw. Niederschlagsreihen - objektive Regionalisierungen von Temperatur und Niederschlag. F{\"u}r die resultierenden acht thermischen und neun hygrischen Regionen Mitteleuropas wurden regionale Temperatur- und Niederschlagsreihen berechnet, die bez{\"u}glich ihrer langperiodischen Variabilit{\"a}t analysiert wurden. Im Vordergrund standen dabei die Ermittlung der zeitlichen Abfolge thermischer bzw. hygrischer Anomaliephasen seit 1780 sowie der klimatische Vergleich der sog. fr{\"u}hinstrumentellen Periode (1780-1860) mit einer modernen Referenzperiode (1915-1995). Als wesentliches Ergebnis konnte eine gegen{\"u}ber dem Zeitraum 1780-1860 verminderte kontinentale Pr{\"a}gung des mitteleurop{\"a}ischen Klimas - mit w{\"a}rmeren, feuchteren Wintern und k{\"u}hleren Sommern - in diesem Jahrhundert (1915-1995) festgestellt werden. Als Grundlage f{\"u}r die Analyse der korrespondierenden zirkulationsdynamischen Variabilit{\"a}t wurde eine automatische - hauptkomponenten- und clusteranalytische - Klassifikation rekonstruierter monatlicher nordatlantisch-europ{\"a}ischer Bodenluftdruckfelder erarbeitet. Ein zweiter automatischer Klassifikationsalgorithmus wurde in Anlehnung an die Großwettertypenklassifikation nach Hess/Brezowski unter besonderer Ber{\"u}cksichtigung der Str{\"o}mungsverh{\"a}ltnisse {\"u}ber Europa entwickelt. Die aus den Klassifikationsverfahren resultierenden Druckmusterklassen repr{\"a}sentieren wesentliche Zustandsformen der atmosph{\"a}rischen Zirkulation im nordatlantisch-europ{\"a}ischen Bereich. Basierend auf der Untersuchung der zeitlichen Ver{\"a}nderungen der Auftrittsh{\"a}ufigkeiten der verschiedenen Druckmusterklassen konnten die folgenden wesentlichen Aussagen zur zirkulationsdynamischen Variabilit{\"a}t seit 1780 formuliert werden: - Die zeitliche Entwicklung der Auftrittsh{\"a}ufigkeiten der einzelnen Zirkulationstypen und der daraus aggregierten Zirkulationsformen - zonal, gemischt, meridional - zeigt keine deutlichen langzeitlichen Trends, sondern ist von Schwankungen unterschiedlicher Periodenl{\"a}nge und Amplitude gekennzeichnet. - Einige rezent zu beobachtende Ver{\"a}nderungstendenzen (beispielsweise die Zunahme der winterlichen Zonalzirkulation seit den 1970er Jahren) erscheinen bei Betrachtung des 216-j{\"a}hrigen Gesamtzeitraums als nicht außergew{\"o}hnliche Ereignisse im Rahmen langperiodischer (dekadischer bis s{\"a}kularer) zirkulationsdynamischer Variabilit{\"a}t. Aus dem direkten zirkulationsdynamischen Vergleich der beiden Zeitr{\"a}ume 1780-1860 und 1915-1995 ergeben sich folgende saisonal differenzierte Unterschiede: - In den Wintermonaten Dezember und Januar sind in diesem Jahrhundert deutlich gr{\"o}ßere Auftrittsh{\"a}ufigkeiten von Zirkulationstypen mit s{\"u}dwestlicher bis nordwestlicher Richtungsorientierung des Isobarenverlaufs bei gleichzeitig reduzierten H{\"a}ufigkeiten winterkalter meridionaler Druckmuster festzustellen. Zeitliche Ver{\"a}nderungen umgekehrten Vorzeichens manifestieren sich hingegen im Februar. - Bei intrasaisonal variierenden Befunden im Fr{\"u}hjahr {\"u}berwiegt bei saisonaler Betrachtung eine Zunahme meridionaler Str{\"o}mungskonfigurationen auf Kosten der zonalen und vor allem der gemischten Zirkulationsform. - Im Sommer dominiert eine Abnahme der zonalen Zirkulationsform zugunsten meridionaler Zirkulationstypen, die eine Anstr{\"o}mung aus dem n{\"o}rdlichen Richtungssektor implizieren. - F{\"u}r die Herbstmonate September mit November ergeben sich in diesem Jahrhundert vor allem gesteigerte H{\"a}ufigkeiten von Str{\"o}mungskonfigurationen, die die Heranf{\"u}hrung von Luftmassen aus westlichen bis nordwestlichen Richtungen bedingen. - Eine m{\"o}glicherweise grundlegende Modifikation der nordatlantisch-europ{\"a}ischen Zirkulation in diesem Jahrhundert deutet sich bez{\"u}glich des h{\"a}ufigeren Wechsels zwischen stark zonal bzw. meridional gepr{\"a}gten Phasen - vor allem im Winter - an. Mittels eines einfachen empirischen Modellansatzes wurde anschließend analysiert, inwieweit sich die diagnostizierten klimatischen Unterschiede zwischen den beiden Zeitr{\"a}umen 1780-1860 und 1915-1995 aus den festgestellten zeitlichen Ver{\"a}nderungen der Zirkulationsstrukturen ergeben. Es wurde deutlich, daß nur ein Teil der Temperatur- und Niederschlagsver{\"a}nderungen zwischen historischem Zeitraum und diesem Jahrhundert durch differierende Auftrittsh{\"a}ufigkeiten witterungsklimatisch homogener Zirkulationstypen erkl{\"a}rt werden kann. Ein betr{\"a}chtlicher Anteil der klimatischen Unterschiedlichkeiten der beiden Vergleichszeitr{\"a}ume ist offensichtlich auf zeitlich variierende Witterungscharakteristika der einzelnen Str{\"o}mungskonfigurationen („within-type changes" - zirkulationstypinterne Ver{\"a}nderungen) zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Das Ausmaß der typinternen klimatischen Modifikationen konnte durch die Berechnung der in den beiden Vergleichszeitr{\"a}umen ausgebildeten typspezifischen mittleren Temperatur- und Niederschlagsverh{\"a}ltnisse quantifiziert werden. Die Fraktionierung der zirkulationstypspezifischen Temperatur- bzw. Niederschlags{\"a}nderungsbetr{\"a}ge in einen durch variierende Auftrittsh{\"a}ufigkeiten bedingten sowie einen auf typinterne Ver{\"a}nderungen zur{\"u}ckzuf{\"u}hrenden Anteil belegt, daß in allen Jahreszeiten internen klimatischen Modifikationen der Zirkulationstypen mit s{\"u}dwestlicher bis nordwestlicher Isobarenverlaufsrichtung eine gewichtige Rolle bei der Generierung zeitlicher Unterschiede der mitteleurop{\"a}ischen Temperatur- und Niederschlagscharakteristik zukommt. Als Ursache der zirkulationstypinternen Ver{\"a}nderungen konnten zum einen unterschiedliche Ausgestaltungen der typspezifischen Druckmuster im historischen und im rezenten Zeitraum identifiziert werden (beispielsweise zeitlich variierende Druckgradienten bei generell {\"u}bereinstimmenden Str{\"o}mungskonfigurationen), zum anderen deuten sich auf der t{\"a}glichen Zeitskala Ver{\"a}nderungen der Persistenzen einzelner Zirkulationstypen an. Diese zirkulationsdynamischen Modifikationen stellen aber nicht in allen F{\"a}llen einen hinreichenden Erkl{\"a}rungsansatz f{\"u}r die diagnostizierten „within-type changes" dar, so daß zus{\"a}tzlich andere verursachende Faktorenkomplexe in Betracht gezogen werden m{\"u}ssen (beispielsweise modifizierte thermische und hygrische Luftmasseneigenschaften aufgrund ver{\"a}nderter Energiefl{\"u}sse zwischen Ozean und Atmosph{\"a}re). Mit Blick auf diese Resultate wurden die Beziehungen zwischen großr{\"a}umiger Zirkulation und regionalem bodennahem Klima mittels kanonischer Korrelationsanalysen monatlicher Bodenluftdruckfelder und regionaler mitteleurop{\"a}ischer Temperatur- und Niederschlagszeitreihen detaillierter hinsichtlich ihrer zeitlichen Variabilit{\"a}t untersucht. Die wesentlichen Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: - In allen Jahreszeiten zeigen sich im Zeitraum 1780-1995 ausgepr{\"a}gte zeitliche Schwankungen des statistisch beschreibbaren Zusammenhangs zwischen großr{\"a}umiger atmosph{\"a}rischer Zirkulation und regionalem Klima (Temperatur und Niederschlag in Mitteleuropa). - Ein Vergleich der beiden Perioden 1780-1860 und 1915-1995 hinsichtlich der Kopplungsmechanismen zwischen Bodenluftdruckverteilung und Klima ergibt teilweise hochsignifikante Unterschiede. - Die Modellierung von Temperatur und Niederschlag in Mitteleuropa aus monatlichen Druckfeldern jeweils einem der Zeitabschnitte 1780-1860 und 1915-1995 unter Verwendung der im jeweils anderen Zeitraum etablierten statistischen Zusammenh{\"a}nge erbringt nur in einem Fall (Januartemperaturen) befriedigende {\"U}bereinstimmungen zwischen den modellierten und beobachteten Klimaverh{\"a}ltnissen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungsergebnisse lassen die Schlußfolgerung zu, daß sich die im 20. Jahrhundert zu verzeichnenden Zirkulationsver{\"a}nderungen im nordatlantisch-europ{\"a}ischen Sektor bislang noch in das Spektrum nat{\"u}rlicher zirkulationsdynamischer Variabilit{\"a}t einf{\"u}gen. Diese Aussage stellt aber weder die wahrscheinliche Mitwirkung des anthropogen verst{\"a}rkten Treibhauseffekts an den in diesem Jahrhundert beobachteten Zirkulationsdynamischen Entwicklungen im euro-atlantischen Bereich in Frage, noch kann sie als Argument f{\"u}r die Aufschiebung notwendiger klimapolitischer Entscheidungen oder f{\"u}r die verz{\"o}gerte Entwicklung und Umsetzung von Handlungsstrategien zur wirksamen Reduzierung klimawirksamer Treibhausgasemissionen aufgefaßt werden.},
  subject      = {Europa},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Steger2015,
  author    = {Steger, Christian},
  title     = {Simulation ausgew{\"a}hlter Zeitscheiben des Pal{\"a}oklimas in Asien mit einem hochaufgel{\"o}sten Regionalmodell},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-122606},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  pages     = {203},
  year      = {2015},
  abstract  = {Das Tibetplateau (TP) ist das h{\"o}chste Gebirgsplateau der Erde und bildete sich im Verlauf der letzten 50 Millionen Jahre. Durch seine Ausmaße ver{\"a}nderte das TP nicht nur das Klima im heutigen Asien, sondern bewirkte Ver{\"a}nderungen weltweit. Heute stellt das TP einen Hotspot des Klimawandels dar und ist als Quellgebiet vieler großer Fl{\"u}sse in Asien f{\"u}r die Wasserversorgung von Milliarden von Menschen von zentraler Bedeutung. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, die Prozesse, die das Klima in der Region steuern, besser zu verstehen und die Variabilit{\"a}t des Klimas auf unterschiedlichen Zeitskalen absch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen. Grundlegendes Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, r{\"a}umlich hochaufgel{\"o}ste quantitative Informationen {\"u}ber die Ver{\"a}nderung der klimatischen Verh{\"a}ltnisse in Asien w{\"a}hrend der Bildungsphase des TP und unter warm- und kaltzeitlichen Randbedingungen zur Verf{\"u}gung zu stellen und dadurch eine Verbindung zwischen den verschiedenen Zeitskalen herzustellen. Hierf{\"u}r werden das heutige Klima und das Pal{\"a}oklima der Region mit Hilfe von Klimamodellen simuliert. Da fr{\"u}here Studien zeigen konnten, dass die Ergebnisse von hochaufgel{\"o}sten Modellen besser mit Pal{\"a}oklimarekonstruktionen {\"u}bereinstimmen, als die von vergleichsweise niedrig aufgel{\"o}sten Globalmodellen, erfolgt ein dynamisches Downscaling des globalen Klimamodells ECHAM5 mit dem regionalen Klimamodell REMO. Die Heraushebung des TP wird durch eine Serie von f{\"u}nf Simulationen (Topogra- phieexperimente) approximiert, in denen die H{\"o}he des TP in 25\%-Schritten von 0\% bis 100\% der heutigen H{\"o}he ver{\"a}ndert wird. Die Schwankungen des Klimas im sp{\"a}- ten Quart{\"a}r sind durch Simulationen f{\"u}r das mittlere Holoz{\"a}n und den Hochstand der letzten Vereisung, das Last-Glacial-Maximum, repr{\"a}sentiert (Quart{\"a}rexperi- mente). In den Quart{\"a}rexperimenten wurden die Treibhausgaskonzentrationen, Orbitalparameter, Landbedeckung und verschiedene Vegetationsparameter an die Bedingungen der jeweiligen Zeitscheibe angepasst. Die Auswertung der Simulati- onsergebnisse konzentriert sich auf j{\"a}hrliche und jahreszeitliche Ver{\"a}nderungen der bodennahen Temperatur und des Niederschlags. Außerdem werden die sich erge- benden {\"A}nderungen in der Intensit{\"a}t des indischen Monsuns anhand verschiedener Monsunindizes analysiert. F{\"u}r das TP und die sich unmittelbar anschließenden Ge- biete wird zus{\"a}tzlich eine Clusteranalyse durchgef{\"u}hrt, um die dort vorkommenden regionalen Klimatypen identifizieren und charakterisieren zu k{\"o}nnen. In den Topographieexperimenten zeigt sich, dass die 2m-Temperatur im Bereich des TP im Jahresmittel mit abnehmender H{\"o}he des Plateaus um bis zu 30◦C zunimmt, w{\"a}hrend es in den {\"u}brigen Teilen des Modellgebiets nahezu {\"u}berall k{\"a}lter wird. Die Jahressumme des Niederschlags nimmt mit abnehmender H{\"o}he des TP westlich und n{\"o}rdlich davon zu. Im Bereich des TP sowie s{\"u}dlich und {\"o}stlich davon gehen die Niederschl{\"a}ge zur{\"u}ck. Die starke Niederschlagszunahme n{\"o}rdlich des TP kann durch die Ausbildung eines H{\"o}hentrogs statt eines H{\"o}henr{\"u}ckens in diesem Bereich erkl{\"a}rt werden. Das grunds{\"a}tzliche r{\"a}umliche Muster der Ver{\"a}nderungen besteht dabei bereits bei einer Plateauh{\"o}he von 75\% des Ausgangswertes und {\"a}ndert sich bei weiterer Verringerung der H{\"o}he nicht wesentlich. Lediglich der Betrag der Ver{\"a}nderungen nimmt zu. Dies gilt f{\"u}r die 2m-Temperatur und den Niederschlag und sowohl im Jahresmittel als auch f{\"u}r die einzelnen Jahreszeiten. Bez{\"u}glich der Intensit{\"a}t des indischen Sommermonsuns zeigt sich, dass zwischen 25\% und 75\% der heutigen H{\"o}he des TP die st{\"a}rkste Intensivierung stattfindet. Eine mit heute vergleichbare Monsunintensit{\"a}t tritt erst auf, wenn das TP die H{\"a}lfte seiner jetzigen H{\"o}he erreicht hat. Im mittleren Holoz{\"a}n ist es im Jahresmittel in den meisten Teilen des Modellge- biets k{\"a}lter und feuchter als heute. Die Unterschiede sind jedoch gr{\"o}ßtenteils gering und nicht signifikant. Hinsichtlich der Temperatur zeigen die Modelldaten nur vereinzelt eine gute {\"U}bereinstimmung mit den rekonstruierten Werten. Allerdings weisen die Rekonstruktionen eine hohe r{\"a}umliche Variabilit{\"a}t auf, wodurch die in diesem Datensatz vorhandenen Unsicherheiten widergespiegelt werden. Hinsicht- lich des Niederschlags ist die {\"U}bereinstimmung besser. Hier deuten sowohl die simulierten als auch die rekonstruierten Daten auf feuchtere Bedingungen hin. In der Simulation f{\"u}r das Last-Glacial-Maximum liegen die Temperaturen {\"u}berall im Modellgebiet im Jahresmittel und in allen Jahreszeiten um bis zu 8◦C unter den heutigen Werten. Es besteht eine gute {\"U}bereinstimmung mit den rekonstruierten Temperaturwerten f{\"u}r diese Zeitscheibe. Zu einer signifikanten Abnahme der j{\"a}hrlichen Niederschlagsmenge kommt es westlich und nordwestlich des TP, in Indien, S{\"u}dostasien und entlang der Ostk{\"u}ste Chinas. F{\"u}r die Bereiche, f{\"u}r die Niederschlagsrekonstruktionen verf{\"u}gbar sind, stimmen die Modellergebnisse gut mit diesen {\"u}berein. Zu einer signifikanten Niederschlagszunahme kommt es nur zwischen der Nordk{\"u}ste des Golfs von Bengalen und dem Himalaya, wobei dies m{\"o}glicherweise ein Modellartefakt darstellt. Hinsichtlich der Monsunintensit{\"a}t bestehen große Unterschiede zwischen den Indizes. W{\"a}hrend der Extended Indian Monsoon Rainfall Index eine starke Ab- schw{\"a}chung des indischen Sommermonsuns anzeigt, ist der Wert des Webster and Yang Monsoon Index verglichen mit heute nahezu unver{\"a}ndert. Ein Vergleich der Monsunintensit{\"a}t in den Topographie- und den Quart{\"a}rexperimenten macht deut- lich, dass der indische Monsun durch den Wechsel von warm- und kaltzeitlichen Randbedingungen mindestens so stark beeinflusst wird wie durch die Hebung des TP.},
  subject      = {Pal{\"a}oklima},
  language  = {de}
}