Synoptic Regimes and δ18O: A Model-Based Approach to Climate Variability
Loading...
Date issued
Authors
Editors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Reuse License
Abstract
Diese Dissertation entwickelt einen innovativen, modellgestützten Ansatz zur physikalisch konsistenten Interpretation stabiler Sauerstoffsotope (δ18O) in Speläothemen mit dem Ziel, großskalige atmosphärische Zirkulationsmuster und Niederschlagsprozesse vergangener Klimaperioden belastbar zu rekonstruieren. Zentral ist die Verknüpfung eines isotopenfähigen globalen Zirkulationsmodells (EMAC/H2OISO) mit einer objektiven dynamischen Klassifikation großskaliger Wetterregimes (Diagnostic Synoptic Regime Model, DSRM). Ergänzt wird dieser Ansatz durch vier differenzierte Isotopengewichtungen: ungewichtete δ18O-Werte des Niederschlags sowie niederschlags-, infiltrations- und kalzitgewichtete δ18O, die jeweils unterschiedliche Prozesse der Signalentstehung abbilden. Für das heutige Klima wurden 30-jährige Simulationen unter Verwendung moderner atmosphärischer Randbedingungen durchgeführt und anhand von 12 deutschen GNIP-Stationen validiert. Dabei zeigte sich eine systematische Überschätzung der ungewichteten δ18O-Werte um etwa 1 ‰ bis 3 ‰, welche durch Niederschlagsgewichtung weitgehend korrigiert werden konnte. Eine Hauptkomponentenanalyse ergab, dass Temperatur, Niederschlag und das vorherrschende synoptische Regime gemeinsam rund 50% der Variabilität zwischen den Stationen erklären und somit deren zentrale Rolle bei der Steuerung isotopischer Signale unterstreichen. Unter Bedingungen des Letzten Glazialen Maximums (LGM) verändert sich die atmosphärische Zirkulation über Europa und dem Mittelmeerraum deutlich: Zonale Flüsse und zyklonale Regime nehmen ab, während meridionale Muster und antizyklonale Regime zunehmen. Der Abgleich modellierter δ18O-Signale mit 14 mediterranen Speläothem Datensätzen aus dem SISAL-Archiv zeigt, dass insbesondere in infiltrations- und kalzitgewichtete Signale die beobachtete Proxy-Variabilität am besten reproduzieren. Im mediterranen LGM-Szenario führen zyklonale Regime zu ausgeprägter isotopischer Abreicherung, antizyklonale Hochdrucklagen hingegen zu Anreicherung. Eine markante Ost-West-Differenzierung spiegelt die unterschiedlichen Feuchtigkeitsquellen wider, welche für europäisch atlantische bzw. mediterrane Regionen charakteristisch sind. Die Ergebnisse belegen, dass die Kombination aus dynamischer Regimeklassifikation und physikalisch fundierter Isotopengewichtung eine robuste Rekonstruktion atmosphärischer Dynamik aus terrestrischen Speläothem-Archiven ermöglicht. Der Ansatz eignet sich sowohl für die Analyse heutiger Klimabedingungen als auch für komplexe glaziale Szenarien und liefert wertvolle Einblicke in die Kopplung von großskaliger Zirkulation, regionalem Hydroklima und isotopischer Signaturbildung in terrestrischen Sedimenten.