TY  - THES
A1  - Steger, Christian
T1  - Simulation ausgewählter Zeitscheiben des Paläoklimas in Asien mit einem hochaufgelösten Regionalmodell
T1  - Simulation of selected timeslices of the paleoclimate in Asia with a high-resolution regional climate model
N2  - Das Tibetplateau (TP) ist das höchste Gebirgsplateau der Erde und bildete sich im Verlauf der letzten 50 Millionen Jahre. Durch seine Ausmaße veränderte das TP nicht nur das Klima im heutigen Asien, sondern bewirkte Veränderungen weltweit. Heute stellt das TP einen Hotspot des Klimawandels dar und ist als Quellgebiet vieler großer Flüsse in Asien für 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 Variabilität des Klimas auf unterschiedlichen Zeitskalen abschätzen zu können.
Grundlegendes Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, räumlich hochaufgelöste quantitative Informationen über die Veränderung der klimatischen Verhältnisse in Asien während der Bildungsphase des TP und unter warm- und kaltzeitlichen Randbedingungen zur Verfügung zu stellen und dadurch eine Verbindung zwischen den verschiedenen Zeitskalen herzustellen. Hierfür werden das heutige Klima und das Paläoklima der Region mit Hilfe von Klimamodellen simuliert. Da frühere Studien zeigen konnten, dass die Ergebnisse von hochaufgelösten Modellen besser mit Paläoklimarekonstruktionen übereinstimmen, als die von vergleichsweise niedrig aufgelösten Globalmodellen, erfolgt ein dynamisches Downscaling des globalen Klimamodells ECHAM5 mit dem regionalen Klimamodell REMO.
Die Heraushebung des TP wird durch eine Serie von fünf Simulationen (Topogra- phieexperimente) approximiert, in denen die Höhe des TP in 25%-Schritten von 0% bis 100% der heutigen Höhe verändert wird. Die Schwankungen des Klimas im spä- ten Quartär sind durch Simulationen für das mittlere Holozän und den Hochstand der letzten Vereisung, das Last-Glacial-Maximum, repräsentiert (Quartärexperi- mente). In den Quartärexperimenten wurden die Treibhausgaskonzentrationen, Orbitalparameter, Landbedeckung und verschiedene Vegetationsparameter an die Bedingungen der jeweiligen Zeitscheibe angepasst. Die Auswertung der Simulati- onsergebnisse konzentriert sich auf jährliche und jahreszeitliche Veränderungen der bodennahen Temperatur und des Niederschlags. Außerdem werden die sich erge- benden Änderungen in der Intensität des indischen Monsuns anhand verschiedener Monsunindizes analysiert. Für das TP und die sich unmittelbar anschließenden Ge- biete wird zusätzlich eine Clusteranalyse durchgeführt, um die dort vorkommenden regionalen Klimatypen identifizieren und charakterisieren zu können.
In den Topographieexperimenten zeigt sich, dass die 2m-Temperatur im Bereich des TP im Jahresmittel mit abnehmender Höhe des Plateaus um bis zu 30◦C zunimmt, während es in den übrigen Teilen des Modellgebiets nahezu überall kälter wird. Die Jahressumme des Niederschlags nimmt mit abnehmender Höhe des TP westlich und nördlich davon zu. Im Bereich des TP sowie südlich und östlich davon gehen die Niederschläge zurück. Die starke Niederschlagszunahme nördlich des TP kann durch die Ausbildung eines Höhentrogs statt eines Höhenrückens in diesem Bereich erklärt werden. Das grundsätzliche räumliche Muster der Veränderungen besteht dabei bereits bei einer Plateauhöhe von 75% des Ausgangswertes und ändert sich bei weiterer Verringerung der Höhe nicht wesentlich. Lediglich der Betrag der Veränderungen nimmt zu. Dies gilt für die 2m-Temperatur und den Niederschlag und sowohl im Jahresmittel als auch für die einzelnen Jahreszeiten. Bezüglich der Intensität des indischen Sommermonsuns zeigt sich, dass zwischen 25% und 75% der heutigen Höhe des TP die stärkste Intensivierung stattfindet. Eine mit heute vergleichbare Monsunintensität tritt erst auf, wenn das TP die Hälfte seiner jetzigen Höhe erreicht hat.
Im mittleren Holozän ist es im Jahresmittel in den meisten Teilen des Modellge- biets kälter und feuchter als heute. Die Unterschiede sind jedoch größtenteils gering und nicht signifikant. Hinsichtlich der Temperatur zeigen die Modelldaten nur vereinzelt eine gute Übereinstimmung mit den rekonstruierten Werten. Allerdings weisen die Rekonstruktionen eine hohe räumliche Variabilität auf, wodurch die in diesem Datensatz vorhandenen Unsicherheiten widergespiegelt werden. Hinsicht- lich des Niederschlags ist die Übereinstimmung besser. Hier deuten sowohl die simulierten als auch die rekonstruierten Daten auf feuchtere Bedingungen hin.
In der Simulation für das Last-Glacial-Maximum liegen die Temperaturen überall im Modellgebiet im Jahresmittel und in allen Jahreszeiten um bis zu 8◦C unter den heutigen Werten. Es besteht eine gute Übereinstimmung mit den rekonstruierten Temperaturwerten für diese Zeitscheibe. Zu einer signifikanten Abnahme der jährlichen Niederschlagsmenge kommt es westlich und nordwestlich des TP, in Indien, Südostasien und entlang der Ostküste Chinas. Für die Bereiche, für die Niederschlagsrekonstruktionen verfügbar sind, stimmen die Modellergebnisse gut mit diesen überein. Zu einer signifikanten Niederschlagszunahme kommt es nur zwischen der Nordküste des Golfs von Bengalen und dem Himalaya, wobei dies möglicherweise ein Modellartefakt darstellt.
Hinsichtlich der Monsunintensität bestehen große Unterschiede zwischen den Indizes. Während der Extended Indian Monsoon Rainfall Index eine starke Ab- schwächung des indischen Sommermonsuns anzeigt, ist der Wert des Webster and Yang Monsoon Index verglichen mit heute nahezu unverändert. Ein Vergleich der Monsunintensität in den Topographie- und den Quartärexperimenten 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.
N2  - The Tibetan Plateau (TP) is the world’s most elevated highland which was built over the past 50 million years. With its extent, the TP did not only influence the climate in Asia, but also caused global changes. Today, the TP represents a climate change hot spot and is, as the source region of many large rivers in Asia, crucial for the water supply of billions of people. Considering this background, it is important to obtain a better understanding of the processes that control the climate in the region and to estimate the climate variability on different time scales.
The basic goal of this study is to provide spatial highly resolved quantitative information about the changes in the climatic conditions in Asia during the uplift of the TP and during periods with warmer and colder boundary conditions and thus to put these different timescales in relation. Therefore, the modern climate and the paleoclimate of the region are being simulated with climate models. The global climate model ECHAM5 is dynamically downscaled with the regional climate model REMO, because previous studies have shown, that the results of models with higher resolution are more consistent with paleoclimate reconstructions than the results of models with lower resolution.
The uplift of the TP is approximated by a series of five simulations (topography experiments) in which the elevation of the TP is varied in steps of 25% from 0% to 100% of its present day height. The late Quaternary climate variations are represented by two simulations with boundary conditions for the Mid-Holocene and the Last-Glacial-Maximum (Quaternary experiments). For the Quaternary experiments, the greenhouse gas concentration, orbital parameters, land cover and some vegetation parameters have been adopted for the particular time slice. The evaluation of the simulations’ results focusses on annual and seasonal changes of the near surface temperature and precipitation. Variations in the strength of the Indian monsoon are analyzed by means of different monsoon indices. In order to identify and characterize the regional climate types there, a cluster analysis is conducted for the TP and adjacent regions.
The topography experiments show that the annual mean 2m-temperature drops by up to 30◦C in the region of the TP when the height of the plateau is reduced while it becomes colder nearly everywhere else in the model domain. The annual precipitation amount is reduced in the west and north of the TP when its height is reduced. The immense precipitation increase to the north of the TP can be explained by the formation of a trough instead of a ridge in the mid-troposphere of this region. The general spatial pattern of the changes already persists when the height of the TP is reduced to 75% of the present day value and it does not change fundamentally when the height is reduced further. This pertains for the 2m-temperature, the precipitation and for the annual as well as the seasonal means. The analysis of the intensity of the Indian Summer Monsoon shows that the strongest intensification appears between 25% to 75% of the TP’s present day elevation. Half of the current elevation is necessary to get a monsoon intensity comparable to the one of today.
In the Mid-Holocene, it is on average colder and more humid in most parts of the model domain compared to present day. But the differences are mostly small and not significant. Concerning the temperature, the model data coincides only sporadically with reconstructed values. However, the reconstructions show great spatial variability, which reflects the uncertainties that are present in this data set. Regarding precipitation, the simulated data matches the reconstructions better. Both the simulated and the reconstructed data point towards wetter conditions.
Compared to present day values, the simulation of the Last-Glacial-Maximum shows up to 8◦C lower annual and seasonal mean temperatures everywhere in the model domain compared to present day values. The results are in good conformity with reconstructed temperature values for this time slice. A significant reduction of the annual precipitation amount appears in the west and north of the TP, in India, Southeast Asia and along the east coast of China. Where precipitation reconstructions are available, the model results show good accordance with these values. A significant increase in precipitation appears only between the northern coast of the Bay of Bengal and the Himalayas, but this potentially represents a model artifact.
There are big differences between the indices in terms of the monsoon intensity. The Extended Indian Monsoon Rainfall Index shows a strong reduction of the Indian Summer Monsoon,whereas the value of the Webster and Yang Monsoon Index remains nearly unchanged compared to the present day value. A comparison of the monsoon intensity in the topography and the quaternary experiments reveals that the change in boundary conditions between warm and cold intervals affects the Indian monsoon at least as much as the uplift of the TP.
KW  - Paläoklima
KW  - Asien
KW  - Monsun
KW  - Paläoklimamodellierung
KW  - Regionalmodell
KW  - Klimaänderung
KW  - Tibet
KW  - Klimavariation
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-122606
ER  - 
TY  - BOOK
A1  - Brauneck, Jens
T1  - Late Quaternary climate changes in the Central Sahara : new evidence from palaeoenvironmental research in NE-Niger
N2  - Surveys by the Universities of Wuerzburg and Berlin, starting in the 1970´s have revealed the existence of palaeolakes in remote areas in Niger. Initial research has shown that the sediments found are suitable for reconstructing its late quaternary palaeoenvironment. Although a high number of investigations focused on the succession of climatological conditions in the Central Sahara, some uncertainties still exist as the results show discontinuities and mostly are of low temporal and spatial
resolution.
Two expeditions in 2005 and 2006 headed to the northeastern parts of Niger to investigate the known remains of palaeolakes and search some new and undetected ones. Samples were taken at several study sites in order to receive a complete picture of the Late Quaternary environmental settings and to produce high-resolution proxies for palaeoclimate modelling.
The most valuable and best-investigated study site is the sebkha of Seggedim, where a core of 15 meters length could be extracted which revealed a composition of high-resolution sections. Stratigraphical, structural and geochemical investigations as well as the analysis of thin sections allow the characterization of different environmental conditions from Early to Mid Holocene. Driven by climate and hydrogeological influence, the water body developed from a water pond of several metres depth within a stable, grass and shrub vegetated landscape, to an alternating freshwater lake in a more dynamic environmental setting. Radiocarbon dates set the beginning of the stage at about 10.6 ka cal BP, with an exceptionally stable regime to 6.6 ka cal BP (at 12.6 metres’ depth), when a major change in the sedimentation regime of the basin is recorded in the core. Increased erosion, likely due to decreased vegetation cover within the basin, led to the siltation/filling of the lake within a few hundred years and the subsequent development of a sebkha/salt pan due to massive evaporation. Due to the lack of dateable material in the upper core section, the termination of the lake stage and the onset of the subsequent sebkha stage cannot be determined precisely but can be narrowed to a period around 6 ka BP.
The results obtained from the core are compared with those from terrestrial and lacustrine sediments from outside the depression, situated a few hundred kilometres further to the north. These supplementary study sites are required to validate the information obtained from the coring. Within the plateau landscape of Djado, Mangueni and Tchigai, two depressions and a valley containing lacustrine deposits, were investigated for palaeoenvironmental reconstruction. Depending on modifying local factors, these sediment archives were of shorter existence than IX the lake, but reveal additional information about the landscape dynamics from Early to Mid Holocene.
A damming situation within a small tributary at Enneri Achelouma led to lacustrine sedimentation conditions at Early Holocene in the upper reaches of the valley. The remnants of the lacustrine accumulations show distinct changes in the environmental conditions within the small catchment, as the archive immediately responded to local climate-induced changes of precipitation. Radiocarbon dating of the deposited sediments revealed ages from 8780 ± 260 cal a BP to 9480 ± 80 cal a BP.
The sites of Yoo Ango and Fabérgé show a completely different sedimentation milieu as they consist of basins within the foothills of the Tchigai. The study sites show increased catchment sizes, probably extending towards the Tchigai massif and are most likely influenced by groundwater charge. The widespread occurrence of wind shaped relicts and the limited amount of lacustrine remnants indicate a generally high aeolian activity in both areas. Only in wind sheltered spots, parts of the lacustrine sequences were preserved, that show ages spanning from Early to Mid Holocene (9440 ± 140 cal a BP – 6810 ±140 cal a BP) and give additional evidence of fires from pre-LGM periods. Although intensively weathered, all profiles indicate distinct changes in the sedimentation conditions by alternating geochemical values and the mineralogical composition.
The information obtained from the records investigated in this work confirms the heterogeneity of reconstructed environmental succession in the Central Sahara. The Mid Holocene rapid (within decades) and uniform development from more humid to extremely arid environmental conditions cannot be confirmed for the Central Sahara. In addition, a division of Early and Mid Holocene wet periods cannot be confirmed, either. Actually, the evidences obtained from the palaeoenvironmental reconstructions revealed major variations in the timing and extend of lacustrine and aeolian periods. Evidently, a transitional time has existed between 7 to 5 ka BP where alternating influences prevailed. This is indicated by the varying sedimentation conditions in the Seggedim depression as well as the evidence of soil properties on a fossil dune, with a time of deposition dated to 6200 ± 400 cal a BP and the removal of lacustrine Sediments at the Seeterrassental at Mid Holocene. In respect to provide a complete picture of landscape succession and to avoid misinterpretation, the investigation of several dissimilar spots within a designated study area is prerequisite for further investigations.
N2  - Bereits seit den 1970er Jahren sind Vorkommen von Paläoseen im Nordosten Nigers bekannt und waren Gegenstand einer Vielzahl von Untersuchungen über die Paläoumweltbedingungen der Zentralen Sahara des Spätquartärs. Trotz der großen Anzahl an Analysen bestehen noch immer Unsicherheiten in Bezug auf das zeitliche Ausmaß feuchter und trockener Phasen in diesem Gebiet, da angrenzende Areale deutlich unterschiedliche Entwicklungen aufweisen können. Im Zuge zweier Expeditionen in den Jahren 2005 und 2006 in den äußersten Nordosten Nigers, wurden an bereits untersuchten und erstmalig entdeckten Standorten Proben genommen, um ein komplettes Bild über die spätquartären Umweltbedingungen in diesem Gegend zu erlangen und um die Aussagekraft verschiedener Sedimentarchive zu überprüfen.
Der wertvollste und am intensivsten untersuchte Standort ist die Sebkha von Seggedim, wo ein Bohrkern von 15 Meter Länge gewonnen werden konnte, welcher hochauflösende Sedimente einer ununterbrochenen Sequenz vom Frühen bis Mittleren Holozän aufweist. Untersuchungen zur Stratigraphie, Sedimentstruktur, Geochemie und Mineralogie ermöglichen die Unterscheidung mehrerer Stadien der Seeentwicklung und der damit verbundenen Umweltbedingungen. Durch klimatische und hydrogeologische Einflüsse geprägt, entwickelte sich der Wasserkörper zunächst zu einem wenige Meter tiefem, jedoch biologisch sehr produktivem Gewässer innerhalb einer stabilen Gras- und Strauchlandschaft. Datierungen belegen den Beginn dieser außerordentlich stabilen Phase vor ca. 10.600 Jahren und einer Dauer bis 6.600 Jahre vor heute. Ab 12,6 Meter Tiefe zeigt sich ein deutlicher Wechsel im Sedimentationsverhalten des Sees. Verstärkter Sedimenteintrag, höchstwahrscheinlich ausgelöst durch reduzierte Vegetationsbedeckung und Variationen in der Saisonalität der Niederschläge innerhalb des Einzugsgebietes, führte zur Verlandung des Sees binnen weniger Jahrhunderte und der anschließenden Entwicklung einer Sebkha (Salz-Ton-Pfanne) durch verstärkte Evaporation. Durch das Fehlen datierbaren Materials in den oberen Abschnitten des Kerns kann die Endphase des Sees und der nachfolgende Beginn der Sebkhaphase nicht exakt bestimmt werden, allerdings kann dieser Bereich auf eine Zeit um 5500 bis 6000 Jahre vor heute eingegrenzt werden.
Die Ergebnisse der Bohrkernuntersuchungen sind im Folgenden mit weiteren Ergebnissen von lakustrinen Sedimenten außerhalb der Depression verknüpft worden. Diese zusätzlichen Untersuchungen dienen zur Validierung der Bohrkerndaten und zur Überprüfung potentieller überregionaler klimatischer Zusammenhänge. Einige hundert Kilometer nordwärts, inmitten der Plateaus von Djado, Mangueni und Tchigai wurden Standorte auf deren Entwicklung im Spätquartär untersucht. Aufgrund der unterschiedlichen, durch die Geographie bedingten, lokalen Faktoren weisen diese lakustrinen Sedimentarchive deutlich kürzere Lebensdauer auf, jedoch ermöglichen sie teilweise einen genaueren Einblick in die vorherrschende Dynamik innerhalb dieser Landschaften.
Durch die Blockade eines tributären Tals im Enneri Achelouma wurden für einen kurzen Abschnitt im Frühholozän Seesedimente in dessen Oberlauf akkumuliert, welche kurzzeitige, aber deutliche Änderungen der Umweltbedingungen dokumentieren. Datierungen zeigen die Existenz dieser Seebecken oder Seeterrassen von 9480 ± 80 cal a BP bis 8780 ± 260 cal a BP. Durch Veränderungen im Niederschlagsregime kam es anschließend zu einer Zerschneidung und teilweisen Ausräumung des abgelagerten Materials.
Die Standorte Yoo Ango und Fabérgé weisen ein komplett anderes Sedimentationsmilieu auf, da sie aus Becken innerhalb der Ausläufer des Tchigai Plateaus bestehen und deutlich größere Einzugsgebiete aufweisen. Zusätzlich sind beide Standorte grundwasserbeeinflusst und stark durch die sehr hohe äolische Aktivität in diesem Gebiet geprägt, sichtbar an dem weitverbreiteten äolischen Formenschatz sowie der geringen Anzahl erhaltener Seesedimente. Nur in wenigen windgeschützten Lokalitäten wurden lakustrine Sedimentpakete erhalten, die ebenfalls früh- bis mittelholozäne Alter aufweisen. Trotz der intensiven Verwitterung die sämtliche untersuchten Sedimente betrifft, weisen nahezu alle Profile eindeutige Veränderungen auf, sowohl in Bezug auf die geochemischen Werte als auch die mineralogische Zusammensetzung.
Aus den untersuchten Profilen wird eine feuchtere Phase zu Beginn des Holozäns ersichtlich, die jedoch starken Schwankungen unterlegen war, wie in den Profilen von Achelouma zu sehen ist. In einer Phase des Übergangs im Mittelholozän endete zunächst die lakustrine Sedimentation in Achelouma, dann in der Fabérgé-Senke. Die erhöhte Niederschlagsvariabilität führte in Achelouma zur teilweisen Ausräumung der Seesedimente, während in der Fabérgé- Senke Dünen aktiv waren. Die Ergebnisse von Seggedim zeigen ebenfalls starke Veränderungen der Umweltbedingungen an, jedoch zeitlich versetzt zu den Ergebnissen aus den anderen Gebieten.
Insgesamt weisen die Ergebnisse der Paläoumweltrekonstruktionen große zeitliche Unterschiede bezüglich des Endes der lakustrinen Phasen auf. Die Untersuchungen zeigen deutlich, dass lokale geographische Faktoren eine klimatische Interpretation von Klimaarchiven erschweren können. Insbesondere dann, wenn wie im Falle Seggedim, ein überregionaler Aquifer die Existenz eines Wasserkörpers in einem ansonsten ariden Gebiet verlängert und klimatische Einflussfaktoren zeitweise ausgeklammert werden. Um Fehlinterpretationen zu vermeiden und ein Gesamtbild der landschaftlichen Entwicklung eines Raumes zu erhalten, sind Informationen aus mehreren grundverschiedenen Paläoumweltarchiven erforderlich.
T3  - Würzburger Geographische Arbeiten - 103 
KW  - Paläoklimatologie
KW  - Sahara
KW  - Westafrika
KW  - Mittlere Sahara
KW  - Niger
KW  - Jungquartär
KW  - Klimaänderung
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-235146
ER  -