Christian Steger

• Das Tibetplateau (TP) ist das höchste Gebirgsplateau der Erde und bildete sich im Verlauf der letzten 50 Millionen Jahre. Durch seine Ausmaße veränderte das TP nicht nur das Klima im heutigen Asien, sondern bewirkte Veränderungen weltweit. Heute stellt das TP einen Hotspot des Klimawandels dar und ist als Quellgebiet vieler großer Flüsse in Asien für die Wasserversorgung von Milliarden von Menschen von zentraler Bedeutung. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, die Prozesse, die das Klima in der Region steuern, besser zu verstehen und dieDas Tibetplateau (TP) ist das höchste Gebirgsplateau der Erde und bildete sich im Verlauf der letzten 50 Millionen Jahre. Durch seine Ausmaße veränderte das TP nicht nur das Klima im heutigen Asien, sondern bewirkte Veränderungen weltweit. Heute stellt das TP einen Hotspot des Klimawandels dar und ist als Quellgebiet vieler großer Flüsse in Asien für die Wasserversorgung von Milliarden von Menschen von zentraler Bedeutung. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, die Prozesse, die das Klima in der Region steuern, besser zu verstehen und die Variabilität des Klimas auf unterschiedlichen Zeitskalen abschätzen zu können. Grundlegendes Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, räumlich hochaufgelöste quantitative Informationen über die Veränderung der klimatischen Verhältnisse in Asien während der Bildungsphase des TP und unter warm- und kaltzeitlichen Randbedingungen zur Verfügung zu stellen und dadurch eine Verbindung zwischen den verschiedenen Zeitskalen herzustellen. Hierfür werden das heutige Klima und das Paläoklima der Region mit Hilfe von Klimamodellen simuliert. Da frühere Studien zeigen konnten, dass die Ergebnisse von hochaufgelösten Modellen besser mit Paläoklimarekonstruktionen übereinstimmen, als die von vergleichsweise niedrig aufgelösten Globalmodellen, erfolgt ein dynamisches Downscaling des globalen Klimamodells ECHAM5 mit dem regionalen Klimamodell REMO. Die Heraushebung des TP wird durch eine Serie von fünf Simulationen (Topogra- phieexperimente) approximiert, in denen die Höhe des TP in 25%-Schritten von 0% bis 100% der heutigen Höhe verändert wird. Die Schwankungen des Klimas im spä- ten Quartär sind durch Simulationen für das mittlere Holozän und den Hochstand der letzten Vereisung, das Last-Glacial-Maximum, repräsentiert (Quartärexperi- mente). In den Quartärexperimenten wurden die Treibhausgaskonzentrationen, Orbitalparameter, Landbedeckung und verschiedene Vegetationsparameter an die Bedingungen der jeweiligen Zeitscheibe angepasst. Die Auswertung der Simulati- onsergebnisse konzentriert sich auf jährliche und jahreszeitliche Veränderungen der bodennahen Temperatur und des Niederschlags. Außerdem werden die sich erge- benden Änderungen in der Intensität des indischen Monsuns anhand verschiedener Monsunindizes analysiert. Für das TP und die sich unmittelbar anschließenden Ge- biete wird zusätzlich eine Clusteranalyse durchgeführt, um die dort vorkommenden regionalen Klimatypen identifizieren und charakterisieren zu können. In den Topographieexperimenten zeigt sich, dass die 2m-Temperatur im Bereich des TP im Jahresmittel mit abnehmender Höhe des Plateaus um bis zu 30◦C zunimmt, während es in den übrigen Teilen des Modellgebiets nahezu überall kälter wird. Die Jahressumme des Niederschlags nimmt mit abnehmender Höhe des TP westlich und nördlich davon zu. Im Bereich des TP sowie südlich und östlich davon gehen die Niederschläge zurück. Die starke Niederschlagszunahme nördlich des TP kann durch die Ausbildung eines Höhentrogs statt eines Höhenrückens in diesem Bereich erklärt werden. Das grundsätzliche räumliche Muster der Veränderungen besteht dabei bereits bei einer Plateauhöhe von 75% des Ausgangswertes und ändert sich bei weiterer Verringerung der Höhe nicht wesentlich. Lediglich der Betrag der Veränderungen nimmt zu. Dies gilt für die 2m-Temperatur und den Niederschlag und sowohl im Jahresmittel als auch für die einzelnen Jahreszeiten. Bezüglich der Intensität des indischen Sommermonsuns zeigt sich, dass zwischen 25% und 75% der heutigen Höhe des TP die stärkste Intensivierung stattfindet. Eine mit heute vergleichbare Monsunintensität tritt erst auf, wenn das TP die Hälfte seiner jetzigen Höhe erreicht hat. Im mittleren Holozän ist es im Jahresmittel in den meisten Teilen des Modellge- biets kälter und feuchter als heute. Die Unterschiede sind jedoch größtenteils gering und nicht signifikant. Hinsichtlich der Temperatur zeigen die Modelldaten nur vereinzelt eine gute Übereinstimmung mit den rekonstruierten Werten. Allerdings weisen die Rekonstruktionen eine hohe räumliche Variabilität auf, wodurch die in diesem Datensatz vorhandenen Unsicherheiten widergespiegelt werden. Hinsicht- lich des Niederschlags ist die Übereinstimmung besser. Hier deuten sowohl die simulierten als auch die rekonstruierten Daten auf feuchtere Bedingungen hin. In der Simulation für das Last-Glacial-Maximum liegen die Temperaturen überall im Modellgebiet im Jahresmittel und in allen Jahreszeiten um bis zu 8◦C unter den heutigen Werten. Es besteht eine gute Übereinstimmung mit den rekonstruierten Temperaturwerten für diese Zeitscheibe. Zu einer signifikanten Abnahme der jährlichen Niederschlagsmenge kommt es westlich und nordwestlich des TP, in Indien, Südostasien und entlang der Ostküste Chinas. Für die Bereiche, für die Niederschlagsrekonstruktionen verfügbar sind, stimmen die Modellergebnisse gut mit diesen überein. Zu einer signifikanten Niederschlagszunahme kommt es nur zwischen der Nordküste des Golfs von Bengalen und dem Himalaya, wobei dies möglicherweise ein Modellartefakt darstellt. Hinsichtlich der Monsunintensität bestehen große Unterschiede zwischen den Indizes. Während der Extended Indian Monsoon Rainfall Index eine starke Ab- schwächung des indischen Sommermonsuns anzeigt, ist der Wert des Webster and Yang Monsoon Index verglichen mit heute nahezu unverändert. Ein Vergleich der Monsunintensität in den Topographie- und den Quartärexperimenten macht deut- lich, dass der indische Monsun durch den Wechsel von warm- und kaltzeitlichen Randbedingungen mindestens so stark beeinflusst wird wie durch die Hebung des TP.…
• The Tibetan Plateau (TP) is the world’s most elevated highland which was built over the past 50 million years. With its extent, the TP did not only influence the climate in Asia, but also caused global changes. Today, the TP represents a climate change hot spot and is, as the source region of many large rivers in Asia, crucial for the water supply of billions of people. Considering this background, it is important to obtain a better understanding of the processes that control the climate in the region and to estimate the climate variability onThe Tibetan Plateau (TP) is the world’s most elevated highland which was built over the past 50 million years. With its extent, the TP did not only influence the climate in Asia, but also caused global changes. Today, the TP represents a climate change hot spot and is, as the source region of many large rivers in Asia, crucial for the water supply of billions of people. Considering this background, it is important to obtain a better understanding of the processes that control the climate in the region and to estimate the climate variability on different time scales. The basic goal of this study is to provide spatial highly resolved quantitative information about the changes in the climatic conditions in Asia during the uplift of the TP and during periods with warmer and colder boundary conditions and thus to put these different timescales in relation. Therefore, the modern climate and the paleoclimate of the region are being simulated with climate models. The global climate model ECHAM5 is dynamically downscaled with the regional climate model REMO, because previous studies have shown, that the results of models with higher resolution are more consistent with paleoclimate reconstructions than the results of models with lower resolution. The uplift of the TP is approximated by a series of five simulations (topography experiments) in which the elevation of the TP is varied in steps of 25% from 0% to 100% of its present day height. The late Quaternary climate variations are represented by two simulations with boundary conditions for the Mid-Holocene and the Last-Glacial-Maximum (Quaternary experiments). For the Quaternary experiments, the greenhouse gas concentration, orbital parameters, land cover and some vegetation parameters have been adopted for the particular time slice. The evaluation of the simulations’ results focusses on annual and seasonal changes of the near surface temperature and precipitation. Variations in the strength of the Indian monsoon are analyzed by means of different monsoon indices. In order to identify and characterize the regional climate types there, a cluster analysis is conducted for the TP and adjacent regions. The topography experiments show that the annual mean 2m-temperature drops by up to 30◦C in the region of the TP when the height of the plateau is reduced while it becomes colder nearly everywhere else in the model domain. The annual precipitation amount is reduced in the west and north of the TP when its height is reduced. The immense precipitation increase to the north of the TP can be explained by the formation of a trough instead of a ridge in the mid-troposphere of this region. The general spatial pattern of the changes already persists when the height of the TP is reduced to 75% of the present day value and it does not change fundamentally when the height is reduced further. This pertains for the 2m-temperature, the precipitation and for the annual as well as the seasonal means. The analysis of the intensity of the Indian Summer Monsoon shows that the strongest intensification appears between 25% to 75% of the TP’s present day elevation. Half of the current elevation is necessary to get a monsoon intensity comparable to the one of today. In the Mid-Holocene, it is on average colder and more humid in most parts of the model domain compared to present day. But the differences are mostly small and not significant. Concerning the temperature, the model data coincides only sporadically with reconstructed values. However, the reconstructions show great spatial variability, which reflects the uncertainties that are present in this data set. Regarding precipitation, the simulated data matches the reconstructions better. Both the simulated and the reconstructed data point towards wetter conditions. Compared to present day values, the simulation of the Last-Glacial-Maximum shows up to 8◦C lower annual and seasonal mean temperatures everywhere in the model domain compared to present day values. The results are in good conformity with reconstructed temperature values for this time slice. A significant reduction of the annual precipitation amount appears in the west and north of the TP, in India, Southeast Asia and along the east coast of China. Where precipitation reconstructions are available, the model results show good accordance with these values. A significant increase in precipitation appears only between the northern coast of the Bay of Bengal and the Himalayas, but this potentially represents a model artifact. There are big differences between the indices in terms of the monsoon intensity. The Extended Indian Monsoon Rainfall Index shows a strong reduction of the Indian Summer Monsoon,whereas the value of the Webster and Yang Monsoon Index remains nearly unchanged compared to the present day value. A comparison of the monsoon intensity in the topography and the quaternary experiments reveals that the change in boundary conditions between warm and cold intervals affects the Indian monsoon at least as much as the uplift of the TP.…