Die Rolle von ozeanischem Wärmetransport für dekadische Klimavorhersagen in der Nordatlantikregion

Schlagworte

ozeanischer Wärmetransport, dekadische Klimavorhersage, Nordatlantik, AMOC, Klimamodellierung

Zusammenfassung

Die Möglichkeit, das Klima für einige Jahre glaubhaft vorherzusagen, erweckte zuletzt umfangreiches öffentliches und ökonomisches Interesse. Wissenschaftliche Studien quantifizieren die Glaubwürdigkeit solcher Vorhersagen, indem sie die durchschnittliche Vorhersagequalität der letzten ca. 50 Jahre diagnostizieren. Solche dekadischen Vorhersagen von Erdoberflächentemperaturen in der Nordatlantikregion zeigten besonders hohe Qualität. Der Grund für diese hohe Vorhersagequalität in der Nordatlantikregion ist bisher jedoch unbekannt. Indes beeinflussen Schwankungen im Transport von Wärme aus dem tropischen in den subpolaren Nordatlantik (ocean heat transport, OHT) nordatlantische Wasseroberflächentemperaturen (sea surface temperatures, SSTs) für etwa zehn Jahre. In dieser Dissertation zeige ich Verbindungen von niederfrequenten Schwankungen des OHT zu der Qualität dekadischer SST-Vorhersagen auf. Weiterhin diskutiere ich, wie die Kenntnis der Stärke des OHT im subpolaren Nordatlantik zu Beginn einer einzelnen SST-Vorhersage genutzt werden kann, um die erwartbare Qualität dieser Vorhersage abzuschätzen.

Mit Hilfe initialisierter numerischer Modellsimulationen des gesamten zwanzigsten Jahrhunderts bestätige ich frühere Studien, indem ich zeige, dass OHT-Schwankungen die Variabilität von SSTs für bis zu 3–10 Jahre beeinflussen können. Ein charakteristisches SST-Muster mit warmen Temperaturen im Nordost-Atlantik und kalten Temperaturen in der Golfstromregion erscheint nach starken OHT-Phasen und anders herum. Dieses Muster entsteht aus stetig wachsenden Wärmeanomalien im oberen Ozean, welche aus OHT-Anomalien resultieren, die sich im Nordatlantik südwärts fortpflanzen. Basierend auf diesen Analysen erweitere ich bisherige Studien und analysiere starke und schwache OHT-Phasen separat. Dies offenbart einen asymmetrischen Effekt starker und schwacher OHT-Phasen: starke OHT Phasen bei 50◦N beeinflussen SSTs stärker und nachhaltiger als schwache.

Ich zeige hier erstmals, dass die Qualität von SST-Vorhersagen für 3–10 Jahre in die Zukunft mit diesem charakteristischen SST-Muster, und somit mit ozeanischem Wärmetransport, zusammenhängt. Wenn OHT zu Beginn einer Vorhersage in einer starken Phase ist, ist die Vorhersagequalität von SSTs für 2-9 Jahre in die Zukunft signifikant besser, als wenn der Ozean zu Beginn der Vorhersage wenig Wärme transportiert. Diese Asymmetrie ist robust in unterschiedlichen Realisationen des selben Klimamodells. Die Qualität dekadischer SST-Vorhersagen hängt daher vom klimatischen Zustand zu Beginn der Vorhersage ab.

Ich zeige in dieser Dissertation, dass die Qualität dekadischer Temperaturvorhersagen zeitabhängig ist, und daher Qualitätsabschätzungen für die Vergangenheit für Vorhersagen der Zukunft nicht anwendbar sind. Tatsächlich bedingt der klimatische Zustand zu Beginn einer Vorhersage deren Qualität. Bei der dekadischen Vorhersage nordatlantischer SSTs kann der ozeanische Wärmetransport im Nordatlantik als Kriterium zur Abschätzung der erwarteten Qualität einer Vorhersage genutzt werden. Ergebnisse, die ich in dieser Dissertation präsentiere, deuten darauf hin, dass physikalische Mechanismen genutzt werden können, um konventionelle Abschätzungen der Qualität von Klimavorhersagen für den ökonomisch und politisch interessanten dekadischen Zeitraum zu verbessern.