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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-88771
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8877/


Climate variabilityand potential futureclimate change in southern Amazonia : sensitivity of the hydrological cycle to landuse changes

Klimavariabilität und potentielle zukünftige Klimaveränderungen im südlichen Amazonas : Sensitivität des hydrologischen Kreislaufes auf Landnutzungsänderungen

Kilian, Markus

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SWD-Schlagwörter: Klima , Landnutzung , Klimatologie , Meteorologie , Wetter
Freie Schlagwörter (Englisch): Landuse change , Climate , Climate sensitivity
Basisklassifikation: 38.80
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Lucarini, Valerio (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.12.2017
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 12.12.2017
Kurzfassung auf Deutsch: Landnutzungsänderungen können ein wesentlicher Treiber im Wetter- und Klima-
system und Quelle verschiedener Rückkopplungsmechanismen sein. In Brasilien tritt
die Landnutzungsänderung schon seit langem auf. Hauptsächlich die Abholzung des
tropischen Regenwalds macht den größten Anteil an der Änderung aus. Durch in-
ternationale Schutzprogramm (z.B. REDD und REDD+) konnten die Änderungen
in den letzten Jahrzehnten hat sich die Änderung und die damit einhergehenden
Emissionen eingedämmt werden. Dadurch verschoben sich allerdings die landwirt-
schaftlichen Bereiche weiter in den Süden und in weniger geschützte Biome wie das
Cerrado, das Pantanal, die Mata Atlantica und die Pampas. Die Landnutzungsän-
derungen aus dem Modell LandSHIFT wurden in das Weather and Research Fore-
cast Modell WRF, ein regionales Klimamodell, implementiert. Als externer Antrieb
diente die Ergebnisse des ECHAM5/MPI-OM Modelles der Treibhausgasänderun-
gen.
Um den Einfluss der Landnutzungsänderungen auf das lokale Wetter und Klima zu
untersuchen, wurden die folgenden Variablen in den Ergebnissen des WRF Modells
in einer räumlichen Auflösung von 60 km bzw. 30 km betrachtet: die 2 m Tempe-
ratur, der Niederschlag, die Verdunstung und der hydrologische Kreislauf (Nieder-
schlag minus Verdunstung). Durch die Landnutzungsänderungen verändern sich die
Albedo, die Bodenfeuchte, die Wärmekapazität der Oberfläche, die Bodenrauhigkeit
und der Emissionsgrad oder Oberfläche. Im Vergleich zu den durch die Treibhausga-
se induzierten Klimaänderungen sind die von der Landnutzungsänderung indizierten
Änderung klein. Ein Grund dafür, ist die räumliche Verteilung der Landnutzungs-
änderungen und die hohe interne Variabilität des Systems. Durch die Landnut-
zungsänderung sinkt die 2 m Temperatur. Dabei tritt die stärkste Abkühlung im
sudhemisphärischen Winter, in der Region der Landnutzungsänderungen auf. Die
Anzahl der kalten Tage, verglichen mit der Periode 2001–2005, steigen in der selben
Region signifikant an. Der Niederschlag nimmt ab, wobei es keine signifikante Ände-
rung der Zahl an trockenen Tagen in Brasilien gibt. Die Verdunstung nimmt durch
die Änderungen der Landnutzung zu und interagiert mit der abnehmenden 2 m
Temperatur. Diese Änderungen sind klein und in der räumlichen Betrachtung ist
kein konstantes Signal zu finden. Der hydrologische Kreislauf wird durch die Land-
nutzungsänderungen abgeschwächt. Die geschieht besonders im Süden, der Region
in der die Landnutzungsänderungen stattfinden.
Bei allen hier betrachteten Variablen ist der Trend durch die Landnutzungsänderung gegenläufig zu dem Trend der durch den Klimawandel generiert wird. Allerdings,
sind die Änderungen durch die Landnutzungsänderung vergleichen mit dem Einfluss
der Treibhausgase gering. Hinzu kommt, dass durch die Landnutzungsänderung
sensible Biome mit einer hohen Bio-Diversität gefährdet sind.
Kurzfassung auf Englisch: Land use and land cover changes can be important drivers on the local and regional
weather and climate system and a source of different feedback mechanisms. Since
long, land use and land cover changes are taking place in Brazil. Mainly, defor-
estation, the clearance of the tropical rain forest was the larges part of the land
use change. Over the last decades, however, international protection programs (e.g.
REDD and REDD+; Reduction Emission from Deforestation and Degradation),
archived the reduction of the tropical rain forest clearing in the biome Amazonia, a
reduction of emissions from the deforestation and a reduction of degradation of the
vegetation. So, the region of the land use change moved to the south, where envi-
ronmental protection programs are not as strict as in Amazonia. In this work, the
impact of the land use changes on the regional weather and climate system is inves-
tigated in the biomes of Cerrado, Pantanal, Mata Atlantica and Pampas. The land
use simulated by the LandSHIFT model were implemented in the Weather and Re-
search Forecast model WRF, a regional climate model. The GCM ECHAM5/MPI-
OM is used to provide an external greenhouse gas forcing.
To investigate the impacts of the land use change, the 2 m temperature, total precip-
itation, evaporation and the hydrological cycle (P − E) are investigate in the WRF
model results on a 60 km and 30 km grid. Due to the land use change the albedo,
soil moisture, surface heat capacity, surface emissivity and the surface roughness are
modified. Compared with the local and country wide impacts of the greenhouse gas
forcing implemented by the ECHAM5 A1B scenario, the local changes due to the
land use changes are small. A reason for this small impact is the spatial distribution
of the land use change in a dynamical system with a high internal variability. Nev-
ertheless, the 2 m temperature decreases as an effect of the land use change. The
strongest cooling occurs in the austral winter in the region of the land use change.
The number of cold days, compared to the period 2001–2005, increases significantly
in the same region. The total precipitation is also decreasing, however there are
no significant impacts on the number of dry days in Brazil. The evaporation in-
creases due to the land use change and interact with the 2 m temperature decrease.
However, these changes are small and on the spatial scale no constant signal can be
found. The hydrological cycle weakens due to land use changes. Especially in the
south of Brazil, where most of the land use change takes place.
In case of all discussed variables the impact of the land use change counteracts the
impact of the climate change. However, these changes are much smaller compared to the impact of the greenhouse gas forcing. Additionally, sensible biomes with a
high bio-diversity are exposed by the anthropogenic land use change.

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