Schlüsselfaktoren der Klimavariabilität in Afrika Anwendungsgebiet der Regionalmodellierung

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Ewald Joseph Waldfogel
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Prof. Dr., Institut für Geographie, Universität Würzburg Schlüsselfaktoren der Klimavariabilität in Afrika Anwendungsgebiet der Regionalmodellierung I. Ausgangssituation in Afrika II.

1 Prof. Dr., Institut für Geographie, Universität Würzburg Schlüsselfaktoren der Klimavariabilität in Afrika Anwendungsgebiet der Regionalmodellierung I. Ausgangssituation in Afrika II. Klimamodellierung III. Einfluss der Ozeane IV. Einfluss der Treibhausgase V. Einfluss der Aerosole VI. Einfluss der Landnutzung VII. Zusammenfassung DMG-Fortbildung Tropenmeteorologie Köln

I Ausgangssituation in Afrika Mittlerer Jahresniederschlag 1961-1990 Januar Klimatisch: - ausgeprägte Gradienten des

2 I Ausgangssituation in Afrika Mittlerer Jahresniederschlag Januar Klimatisch: - ausgeprägte Gradienten des Jahresniederschlages zwischen Tropen und Subtropen - klar definierte Saisonalität des Niederschlages durch Monsunzirkulation Juli

3 I Ausgangssituation in Afrika Hungersnöte Klimawandel Migration Bürgerkrieg?

4 I Ausgangssituation in Afrika Auslöser der Saheldürre? Ozean? Sommermonsunniederschlag Treibhausgase? Landdegradation? Natürliche Variabilität?

5 II Klimamodellierung Sonnenaktivität Menschliche Aktivitäten Klimaschwankungen / Klimaänderungen??? Vulkanismus

6 II Klimamodellierung Vorteil: - eindeutiges Ergebnis Nachteile: - extrem teuer - extrem langwierig

7 II Klimamodellierung Vorteile: - schnell - teuer, aber bezahlbar - Zukunftsprojektionen möglich Nachteil: - Unsicherheiten bei Vorhersagen Wahrscheinlichkeitsaussagen

8 II Klimamodellierung

9 II Klimamodellierung Jahresgang der solaren Einstrahlung Wolken und Niederschlag Strahlungsschema mit CO 2, CH 4, NO x, FCKW Parameterisierungen atmosphärischer Antrieb aus 6-stündigen globalen Datensätzen Jahresgang von Vegetationsanteil Waldanteil Albedo Orographie Meeresoberflächentemperaturen Bodenmodell Druck, Temperatur, Wind, Feuchte r p T v q =...; =...; =...; =... t t t t atmosphärischer Antrieb aus 6-stündigen globalen Datensätzen

II Klimamodellierung im konkreten Fall lässt sich auch eine

Westafrika): globale Skala - ECHAM4, Reanalysen - 300 km, 200

-LM - 7-28 km, 1 Jahr lokale Skala -FOOT3DK - 1-7 km, 1 Woche

10 II Klimamodellierung im konkreten Fall lässt sich auch eine Kette ineinander genesteter Klimamodelle realisieren (hier: Westafrika): globale Skala - ECHAM4, Reanalysen km, 200 Jahre synoptische Skala -REMO - 50 km, 30 Jahre regionale Skala -LM km, 1 Jahr lokale Skala -FOOT3DK km, 1 Woche jeder Modellebene liegt eine spezifische raumzeitliche Betrachtungsweise zugrunde

11 III Einfluss der Ozeane globales Atmosphärenmodell mit beobachteten SST ( = sea surface temperatures) Korrelation: r=0,6 36% erkl. Varianz alle tropischen Ozeane beteiligt

12 IV Einfluss der Treibhausgase 1000 ppm: Mesozoikum 250 Jahre 65 Mio. Jahre 280 ppm: vorindustriell

13 IV Einfluss der Treibhausgase IPCC-AR4 21 globale GCMs mit THG und Aerosolen ( ) minus ( ) überall Erwärmung um 2.5 bis 4 C innere Tropen feuchter; Sahel und Sahara trockener große Modellunsicherheit über trop. Afrika

14 V Einfluss der Aerosole mg/m 2 Maximum der anthropogenen Aerosolemissionen über Afrika und China

15 V Einfluss der Aerosole Abkühlung durch Absorption (thermisch) Abkühlung durch mehr Wolken (thermisch) weniger Niederschlag (hygrisch) mehr Starkregen (hygrisch) Erwärmung durch verstärkten THE an Eiswolken (thermisch) Erwärmung durch Wolkenauflösung (thermisch)

16 V Einfluss der Aerosole Niederschlagsänderungen (heute minus vorindustriell) Aerosole verursachen Dürretrend in Afrika CLIM G A GA : : : : Mittelwert Treibhausgase Aerosole THG + Aerosole

17 Schäden durch Viehfraß VI Einfluss der Landnutzung unkontrollierte Besiedlung und shifting cultivation fast baumlose Grassavanne Desertifikation

18 VI Einfluss der Landnutzung Prozesse der Vegetationsdegradation: - Bedeckungsgrad der Veg. - Waldanteil - Blattflächenindex + Oberflächenalbedo - Rauhigkeitslänge Prozesse der Bodendegradation: - Infiltration + Oberflächenabfluss + Drainage im Boden + Welkepunkt

VI Einfluss der Landnutzung Treibhausgase REMO 0,5, 1960-2050 A1B + B1 Landdegradation -

19 VI Einfluss der Landnutzung Treibhausgase REMO 0,5, A1B + B1 Landdegradation - Bevölkerungswachstum - Globalisierung - shifting cultivation - Urbanisierung - Desertifikation

20 VI Einfluss der Landnutzung deutlich wärmeres und trockeneres Klima im subsaharischen Afrika

21 VI Einfluss der Landnutzung deutlich wärmeres und trockeneres Klima im subsaharischen Afrika Landdegradation ist maßgeblich verantwortlich für Niederschlagsrückgang

22 VII Zusammenfassung Vegetationsrückgang Bodendegradation Treibhausgasanstieg Aerosolanstieg Treibausgase & Landnutzung Niederschlagsänderung an Guinea-Küste (mm/a)

23 VII Zusammenfassung Regionale Klimamodelle sind ein wichtiges Instrument bei der Erfassung des zukünftigen Klimawandels. Zukünftige Landnutzungsänderungen sind ein zentraler Einflussfaktor für den Klimawandel in Afrika. 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 Die große Rolle der Landnutzung impliziert einen nationalen Handlungsspielraum hinsichtlich Klimawandel und Klimaschutz. Unsicherheiten bestehen noch hinsichtlich der Rolle der Aerosole.

25 VI Einfluss der Landnutzung exaktes Muster der Landnutzungsänderung kaum zu antizipieren, da kleinräumig fragmentierter Prozess: stochastische Modellierung: Abschätzungen der UN / FAO auf großräumiger Ebene tropisches Afrika: Bevölkerung: +2,7% Wald: -32% bis 2050 stochastisches Modell: x = 32% dynamisches Atmosphäre- Biosphäre- Modell

26 VI Einfluss der Landnutzung beobachtete Hauptcharakteristika des afrikanischen Klimas vom regionalen Klimamodell REMO gut reproduziert

27 VI Einfluss der Landnutzung AEW dynamics Dynamik der African Easterly Waves reproduziert

28 VI Einfluss der Landnutzung Verlängerung der Monsununterbrechungen Rückzug der natürlichen Grenzen der Landwirtschaft (ohne Bewässerung)

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