Der Wasserkreislauf in Zentralasien im Zeichen von Klima- und Landnutzungsänderungen simuliert mit einem regionalen Klimamodell mit neuartigen Parametrisierungen für Bewässerung und Binnenseen
Physische Geographie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des HYDRASIA-Projekts wurde versucht, den komplexen Wasserkreislauf in Zentralasien besser zu verstehen, wo noch nicht viele Instrumente zur Quantifizierung und Bewertung seiner Empfindlichkeit gegenüber veränderter Landnutzung und künftigen Klimaszenarien zur Verfügung stehen. Die Entwicklung eines Klimamodellansatzes sowie dessen Bewertung und Anwendung auf den Wasserkreislauf in Zentralasien war das Hauptziel des HYDRASIA-Projekts. Genauer gesagt, die Weiterentwicklung und Nutzung eines regionalen Klimamodells (RCM; REMO für das aktuelle Projekt) zur Darstellung der atmosphärischen Komponenten des Wasserkreislaufs mit sehr hoher Auflösung, die Implementierung eines ausgefeilten Bewässerungsschemas und des FLAKE-Moduls zur Darstellung der Binnenseen in REMO. Die dreidimensionale und hydrostatische Version des RCM REMO2015 wurde für die Durchführung verschiedener Simulationen verwendet. Der dynamische Kern des Modells basiert auf dem globalen Klimamodell (GCM) ECHAM4, obwohl seitdem zahlreiche Verbesserungen vorgenommen wurden. Eine der wichtigsten Errungenschaften des HY-DRASIA-Projekts ist die Implementierung der interaktiven mosaikbasierten Vegetationsversion (iMOVE), die zum ersten Mal mit REMO gekoppelt wurde, über Zentralasien. Früher war die Vegetation in REMO statisch und änderte sich auf der intra- und nicht auf der inter-annualen Skala. Doch mit der neuen gekoppelten Version kann die Vegetation im Modell direkt auf die simulierten Klimaund Wetterbedingungen reagieren, anstatt statisch zu sein. Vor unserer Studie über Zentralasien wurde die gekoppelte Version nur über Europa verwendet, um die sich ändernde Landnutzung und Landbedeckung zu untersuchen und um verschiedene RCMs zu vergleichen. Eine Periode von 16 Jahren von 2000 bis 2016 wurde sowohl mit REMO als auch mit der gekoppelten Version iMOVE auf 50 km und 10 km simuliert, um zu analysieren, ob eine höhere horizontale Auflösung einen Mehrwert bei der Erfassung der klimatischen Prozesse über der Region bringt. Zur Bewertung der Modelle wurden verschiedene statistische Metriken zusammen mit mittleren Verzerrungsmustern verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Modelle bei hoher Auflösung die klimatischen Eigenschaften besser darstellen, insbesondere die Vegetationsparameter wie den Blattflächenindex (LAI) und die Temperatur durch die gekoppelte Version REMO-iMOVE. Diese bessere Simulation ist auf die Implementierung realistischerer und interaktiver Vegetation und damit verbundener atmosphärischer Prozesse zurückzuführen, die folglich einen Mehrwert für das regionale Klimamodell darstellen. Außerdem wurde ein neuartiges Bewässerungsschema entwickelt und in das hochmoderne RCM REMO implementiert, um die Auswirkungen der Bewässerung zu untersuchen, die das regionale Klima zusammen mit den hydroklimatischen Extremen wie Niederschlagsdauer, - häufigkeit usw. modulieren kann. Die Ergebnisse nach Berücksichtigung der Bewässerung in den Modellen zeigen höhere Niederschläge in den bewässerten Regionen des Gebiets. Die höheren Niederschläge wurden vor allem während der Sommersaison beobachtet, aber die Bias werden reduziert, wenn ein mehrschichtiges Bodenschema verwendet wird, das in unserer Arbeitsgruppe entwickelt wird. Der Abkühlungseffekt durch Bewässerung wurde ebenfalls beobachtet, insbesondere in den Gebieten mit höherer Bewässerungsaktivität im Vergleich zu den Gebieten mit wenig/keiner Bewässerung. Der Abkühlungseffekt entsteht durch eine stärkere Verteilung der Energieströme auf die latenten Wärmeströme anstelle der fühlbaren Wärmeströme. Diese Eigenschaften wurden mit unserem neu entwickelten Bewässerungsschema gut eingefangen. Die Ergebnisse des bereits implementierten Schemas sind vielversprechend, aber es müssen noch weitere Anpassungen vorgenommen werden. Die Weiterentwicklung des Bewässerungsschemas, insbesondere die Implementierung in die gekoppelte Version REMO-iMOVE mit einem interaktiven Landoberflächenmodell mit interaktiver Vegetation, ist für ein weiteres Projekt in der Region Südasien geplant.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Performance of a regional climate model with interactive vegetation (REMO-iMOVE) over Central Asia. Theoretical and Applied Climatology, 150(3-4), 1385-1405.
Rai, P.; Ziegler, K.; Abel, D.; Pollinger, F. & Paeth, H.
