Klimaprojektionen Ostafrika

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Temperaturänderungen in Ostafrika bis zum Ende des 21. Jahrhunderts nach dem A1B-Szenario. Simulation mit dem Regionalmodel REMO mit einer Auflösung von 25x25 km.
Niederschlagsänderungen in Ostafrika bis zum Ende des 21. Jahrhunderts in mm/Jahr. Simulation mit dem Regionalmodel REMO mit einer Auflösung von 25x25 km.

1 Klima und Klimawandel in Ostafrika

Der Klimawandel stellt für Afrika eine enorme Herausforderung dar. Aktuelle Klimaveränderungen zeigen einen klaren Erwärmungstrend und eine starke Änderung in zeitlichen und räumlichen Niederschlagsmustern. Dies hat insbesondere für die Bevölkerung der sub-saharischen Staaten und die dortige Landwirtschaft große Folgen. Regionale Klimaprojektionen werden somit zu einer wichtigen Grundlage für Anpassungsmaßnahmen an Klimaveränderungen. Der projizierte Bevölkerungsanstieg von heute etwa 1.0 auf 1.5 bis 1.9 Milliarden Menschen bis 2050 unterstreicht dies noch einmal in besonderer Weise. [1]

Ein regionaler klimatischer Hotspot ist Ostafrika. Die Region Ostafrika, auch als das große Horn von Afrika bezeichnet, umfasst die Staaten Äthiopien, Somalia, Kenia, Uganda und Tansania, sowie je nach Betrachtung auch Südsudan, Madagaskar und Mozambique. Beobachtungen zeigen hier deutliche regionale Klimaveränderungen, insbesondere in der räumlichen und zeitlichen Verteilung des Niederschlags. Die gravierenden Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die Bevölkerung wurden durch einzelne Ereignisse, wie die mit anschließenden starken Überschwemmungen verbundenen Dürren in den Jahren 2005 und 2010, besonders verdeutlicht.

Trotz seiner Lage um den Äquator ist das Klima Ostafrikas nicht typisch tropisch, sondern von Gebirgen und Hochlagen geprägt. Diese zwingen feuchte Luft aus dem Atlantik, dem Indischen Ozean und dem Mittelmeer an ihren Rändern zum Aufsteigen und sorgen so unter anderem für trockene Küstengebiete und ein vergleichsweise feuchtes Hinterland. Die zeitliche Verteilung des Niederschlags ist im Wesentlichen durch das Wandern der ITCZ beeinflusst, mit Regenzeiten von Oktober bis Dezember und von März bis Mai. Durch die komplexe Orographie ist Ostafrika generell von lokal sehr unterschiedlichen klimatischen Bedingungen geprägt, wodurch auch Auswirkungen des Klimawandels räumlich sehr unterschiedlich ausfallen können. So zeigen Beobachtungen zum Beispiel im Norden Äthiopiens auf der einen Seite einen Erwärmungstrend um etwa 0.3 Grad/Dekade und eine Abnahme des Monatsniederschlags um 4 mm/Dekade, auf der anderen Seite aber eine relative Stabilität des Klimas in den Hochlagen [2]

Eine erste Einschätzung der zukünftigen Klimawentwicklung in Ostafrika ermöglichen globale Klimamodelle. Diese Modelle haben allerdings eine relativ geringe räumliche Auflösung und somit Schwierigkeiten, die komplexe Orographie in Ostafrika korrekt im Model abzubilden. Dies führt zu signifikanten systematischen Abweichungen zwischen Klimasimulationen und Beobachtungen, insbesondere in räumlichen und zeitlichen Niederschlagsmustern. [3] Regionale Klimamodelle können hier Abhilfe verschaffen, befinden sich allerdings noch im Entwicklungsstadium und sind bisher nur in wenigen Studien für die Region Ostafrika eingesetzt worden.

2 Ostafrika in globalen Klimaprojektionen

2.1 Temperatur

Unter dem A1B Szenario des IPCC wird für die Region Ostafrika zwischen 1980-1999 und 2080-2099 ein mittlerer Temperaturanstieg von 3-4 Grad Celsius projeziert. Dies entspricht etwa 1.5 Mal dem globalen mittleren Temperaturtrend. Durch die tropische Lage sind die jahreszeitlichen Unterschiede zwischen den Temperaturtrends vergleichsweise gering. [3] Eine statistische Analyse von 11 globalen Klimamodellen zeigt außerdem eine Abnahme der relativ kalten Tage sowie eine Zunahme der relativ warmen Tage.[4]

2.2 Niederschlag

Für Ostafrika sagen die IPCC-Modellläufe eine Zunahme des Jahresniederschlags voraus. Diese mittlere Zunahme wird überwiegend durch eine Zunahme des Niederschlags in den Monaten Dezember-Januar-Februar geprägt und ist robust in einer Mehrzahl der Modelle vertreten. [3] Allgemein zeigt der Trend in Richtung eines feuchteren Klimas mit einer Abnahme von Dürren (Shongwe 2011).[5]

2.3 Ursachen und Details der projezierten Klimaveränderungen

Eine Zunahme der Lufttemperatur in der Atmosphäre ist mit einer Zunahme des absoluten Wasserdampfgehalts verbunden. Dies folgt aus der Clausius-Clapeyron Gleichung, eine der elementaren Gleichungen der Meteorologie. Die Zunahme des atmosphärischen Wasserdampfgehalts ist wiederum mit einer Zunahme des Niederschlags in den Tropen verbunden. Daher ist der durch den Menschen verursachte Klimawandel für die Region Ostafrika mit einer allgemeinen Tendenz hin zu mehr Niederschlag verbunden.[5]

Globale Klimaprojektionen weisen jedoch auch innerhalb der Tropen Unterschiede auf, die durch diesen einfachen physikalischen Zusammenhang nicht erklärt werden können. Dies deutet auf die Existenz weiterer Faktoren hin, die die zukünftige Entwicklung des Klimas in Afrika und Ostafrika beeinflussen.

Einer dieser Faktoren ist die Meeresoberflächentemperatur im Indischen Ozean. Modellstudien zeigen einen deutlichen Einfluss der Meeresoberflächentemperatur im Indischen Ozean auf den Niederschlag in Ostafrika. Als verknüpfender Mechanismus wird dabei die Walker-Zirkulation über dem Indischen Ozean vermutet. Höhere Temperaturen im westlichen Indischen Ozean als Folge des Klimawandels sind dabei mit größeren Niederschlägen in Ostafrika verbunden. Dieser Zusammenhang ist allerdings nur für den Oktober-November-Dezember Niederschlag feststellbar.[5]

Auch ein Einfluss der ENSO auf das Klima in Ostafrika ist feststellbar. Der wichtigste Faktor, der die Intensität der ENSO mit dem Klima in Ostafrika verbindet, ist dabei die Verteilung der Meeresoberflächentemperatur im Indischen Pazifik. Globale Klimaprojektionen zeigen allerdings kein eindeutiges Signal bezüglich einer Änderung der ENSO. Zudem weisen die Meeresoberflächentemperaturen im Indischen Ozean auch ohne eine Berücksichtigung der ENSO eine große natürliche Variabilität auf. Aus diesem Grund wird der ENSO für die Entwicklung des zukünftigen Klimas in Ostafrika nur eine geringe Bedeutung beigemessen.[5]

Ein weiterer wichtiger Faktor, der das Klima in Ostafrika beeinflusst, ist die Struktur der tropischen atmosphärischen Zirkulation. Dabei zeigen Modellprojektionen ein Abschwächen des aufsteigenden Astes der Walker-Zirkulation über Zentralafrika. Dies ist mit einer Abschwächung des absteigenden Astes über Ostafrika und damit einer Tendenz zu mehr Niederschlag verbunden.[5] Beobachtungen zeigen bereits heute Auswirkungen auf den Niederschlag, die auf diese Veränderung der Walkerzirkulation zurückgeführt werden können.[6]

Zudem zeigen Klimasimulationen eine Abnahme des März-April-Mai Niederschlags in Äthiopien und Somalia. Als Grund hierfür wird eine Änderung der Struktur des Somali-Jets angenommen, der die Hauptquelle für Feuchte und damit Niederschlag in den beiden Ländern ist. Dies lässt sich auf eine relative Verstärkung des Hochs über der arabischen Halbinsel zurückführen, das die Richtung des Somali-Jets beeinflusst.[7]

Die projezierte Zunahme des März-April-Mai Niederschlags in der Kongo-Region und Abnahme in Tansania und dem Süden Kenias lässt sich ebenfalls mit einer Änderung des Feuchtetransports erklären. Dabei wird engenommen, dass eine Erwärmung im Golf von Guinea den Feuchtetransport in die Kongo-Region verstärkt und dort zu größeren Niederschlägen führt. Auf Grund positiver Rückkopplungen führt dies zu zusätzlichem Feutchtetransport in die Region, was letztlich zur Abnahme des Niederschlags in Tansania und Süd-Kenia führt.[7]

Eine in den Modellen simulierte zukünftige Nord-Ost Verschiebung der innertropischen Konvergenzzone hat ebenfalls eine Auswirkung auf den Niederschlag in Ostafrika. Diese Verschiebung lässt sich auf eine relative Verstärkung des kontinentalen Tiefdruckgebietes zurückführen und ist mit einer Zunahme des Oktober-November-Dezember Niederschlags in Tanzania und Süd-Kenia verbunden.[7]

2.4 Unsicherheiten der globalen Klimaprojektionen

In den globalen Modellen gibt es eine Reihe von Faktoren, die zu Unsicherheiten in den Projektionen beitragen. [3] Insbesondere die geringe räumliche Auflösung der Modelle stellt eine generelle Schwierigkeit dar, Änderungen in lokalen und regionalen Niederschlagsmustern vorherzusagen. [4]Dies kann durch regionale Klimaprojektionen verbessert werden, auf die im folgenden Abschnitt eingegangen wird.

3 Regionale Klimaprojektionen

Im Vergleich zu anderen Regionen Afrikas, insbesondere Südafrika, gibt es für Ostafrika bisher nur wenige Klimaprojektionen mit regionalen Modellen. Bereits bei einer Simulation des gegenwärtigen Klimas zeigen die Modelle Schwierigkeiten, beobachtete Niederschlagsmuster zu reproduzieren.[8][9] Daher sind regionale Modelle für eine verlässliche Vorhersage des zukünftigen Klimas bisher nur bedingt geeignet und bedürfen systematischer Weiterentwicklung.

Dies ist das Ziel von koordinierten Modellstudien, bei denen verschiedene Modelle das Klima derselben Region simulieren, um die Ergebnisse anschließend miteinander vergleichen zu können. Dabei werden die Ergebnisse der einzelnen Modelle oft als jeweils ein möglicher Klimazustand beziehungsweise als eine mögliche zukünftige Entwicklung des Klimas angenommen. Die statistische Verteilung der Modellergebnisse ermöglicht es dann, einzelne Klimazustände beziehungsweise Klimaprojektionen mit Wahrscheinlichkeiten zu verknüpfen.

Ein Beispiel ist das Projekt CORDEX (Coordinated Regional Downscaling Eperiment), das auch die Region Ostafrika beinhaltet. Die im Rahmen des Projekts erzeugten Klimasimulationen zeigen dabei für ganz Afrika in einzelnen Modellen teilweise starke Abweichungen von beobachteten Niederschlägen, im Ensemble-Mittel jedoch eine gute Übereinstimmung.[10]

Neben der Weiterentwicklung der Modelle sind Projektionen des zukünftigen Klimas mit Ensembles aus regionalen Modellen Gegenstand aktueller Forschung.

4 Einzelnachweise

  1. World Bank. 2013. Turn Down the Heat: Climate Extremes, Regional Impacts, and the Case for Resilience. A report for the World Bank by the Potsdam Institute for Climate Impact Research and Climate Analytics. Washington, DC:World Bank
  2. Jury, M. R., & Funk, C. (2012). Climatic trends over Ethiopia: regional signals and drivers. International Journal of Climatology 33, 1924–1935.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Christensen, J.H. et al. (2007): Regional Climate Projections. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA
  4. 4,0 4,1 Anyah, R. O., & Qiu, W. (2012). Characteristic 20th and 21st century precipitation and temperature patterns and changes over the Greater Horn of Africa. International Journal of Climatology, 32(3), 347-363.
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 Shongwe, M. E., van Oldenborgh, G. J., van den Hurk, B., & van Aalst, M. (2011). Projected changes in mean and extreme precipitation in Africa under global warming. Part II: East Africa. Journal of Climate, 24(14), 3718-3733.
  6. Williams, A.P., et al. (2012): Recent summer precipitation trends in the Greater Horn of Africa and the emerging role of Indian Ocean sea surface temperature, Climate Dynamics 39, 2307–2328, DOI 10.1007/s00382-011-1222-y
  7. 7,0 7,1 7,2 Cook, K. H., & Vizy, E. K. (2013). Projected Changes in East African Rainy Seasons. Journal of Climate 26, 5931–5948.
  8. Laprise, R., Hernández-Díaz, L., Tete, K., Sushama, L., Šeparović, L., Martynov, A., ... & Valin, M. (2013). Climate projections over CORDEX Africa domain using the fifth-generation Canadian Regional Climate Model (CRCM5). Climate Dynamics, 1-28.
  9. Mariotti, L., Coppola, E., Sylla, M. B., Giorgi, F., & Piani, C. (2011). Regional climate model simulation of projected 21st century climate change over an all‐Africa domain: Comparison analysis of nested and driving model results. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), 116(D15).
  10. Nikulin, G., Jones, C., Giorgi, F., Asrar, G., Büchner, M., Cerezo-Mota, R., ... & Sushama, L. (2012). Precipitation climatology in an ensemble of CORDEX-Africa regional climate simulations. Journal of Climate, 25(18), 6057-6078.

5 Unterricht


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