A past, present and future perspective on the European summer climate

Abstract

Das Klima in den Sommermonaten ist für die Ökosysteme und die Gesellschaft von entscheidender Bedeutung. Durch den Klimawandel verändern sich jedoch die Eigenschaften des Sommerklimas nachhaltig. Um das Sommerklima besser zu verstehen, Veränderungen statistisch aussagekräftig zu erfassen und Klimaszenarien für die Zukunft zu entwickeln, werden langfristige Klimabeobachtungen und zuverlässige Klimamodelle benötigt. Diese drei Punkte werden in dieser Arbeit mit Hilfe von drei Hauptforschungsfragen behandelt. Die erste Frage untersucht die vorherrschenden großräumigen Klimamuster, die anhand der Klimasignatur des Sauerstoffisotopenverhältnisses in Baumringzellulose (δ18Ocel) über die letzten 400 Jahre herausgearbeitet werden. Eine empirische orthogonale Funktionsanalyse zeigt zwei verschiedene Modi der Variabilität auf. Der erste Modus steht im Zusammenhang mit mehrjährigen Anomalienmustern, die mit der El-Niño-Südlichen Oszillation zusammenhängen. Der zweite Modus der δ18Ocel-Variabilität, der einen Nord-Süd-Dipol erfasst, ist mit einem regionalen sommerlichen atmosphärischen Zirkulationsmuster verbunden, das ein deutliches Zentrum über der Nordsee aufweist. Um die Klimasensitivität von δ18Ocel-Baumringaufzeichnungen weiter zu nutzen, wird die erste gitterbasierte Rekonstruktion des europäischen Sommer-Dampfdruckdefizits (VPD) für die letzten vier Jahrhunderte vorgestellt. Diese Rekonstruktion dient zur Beantwortung der zweiten Frage, welche Trends beim VPD in Europa in den letzten 400 Jahren aufgetreten sind. Die gleichzeitige Zunahme der Temperatur und Abnahme des Niederschlags beginnt Mitte des 17. Jahrhunderts in Mitteleuropa und im Mittelmeerraum und geht mit einem positiven VPD-Trend einher. Dieser Trend zu einer höheren VPD hält während des gesamten Beobachtungszeitraums an. Neben der Untersuchung des vergangenen Sommerklimas mit Hilfe eines Baumringnetzes liefern Klimamodelle wertvolle Informationen über zukünftige Szenarien, die für Gesellschaft und Ökosysteme von großer Bedeutung sind. In dieser Arbeit wird daher der Frage nachgegangen, ob Simulationen mit verschiedenen Klimamodellen aus einem Klimamodellvergleichsprojekt geeignet sind, verlässliche Aussagen über zukünftige Trockenheitsverhältnisse zu treffen und welchen Einfluss die Menge an Treibhausgasen auf das Auftreten von Trockenheit hat. Anhand eines Vergleichs zwischen simulierten und beobachteten Dürrezuständen für den Zeitraum 1971-2000 zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen Klimamodell-Simulationen und Beobachtungen. Allerdings können die Klimamodelle die beobachteten Dürretresentendenzen der letzten Jahrzehnte für große Teile der nördlichen Hemisphäre nicht reproduzieren. Darüber hinaus wird gezeigt, dass das Auftreten von Dürren in trockenen Regionen unter drei verschiedenen Zukunftsszenarien erheblich zunehmen wird, wobei die Schwere der Dürren von den Treibhausgasemissionen abhängt. Für Regionen, die derzeit weniger von lang anhaltenden Dürren betroffen sind, wie z. B. der europäische Kontinent, zeigen die Klimamodelle, dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Dürren unter dem wärmsten Zukunftsszenario deutlich zunimmt. In dieser Arbeit werden daher neue Perspektiven für das vergangene, gegenwärtige und künftige europäische Sommerklima anhand eines δ18Ocel-Baumringnetzes, von Klimabeobachtungen und Klimamodellsimulationen vorgestellt.