Auswirkungen der Klimavariabilität auf Gletscher in Peru

Die meisten Gletscher weltweit - einschließlich der Gletscher in den Tropen - sind im vergangenen Jahrhundert geschrumpft. Im Allgemeinen wird ihr Rückgang mit der globalen Erwärmung begründet. Während die globalen Klimabedingungen sicherlich eine wichtige Rolle dabei spielen, die Umwelt zu formen, in der die Gletscher existieren, werden die Massen- und Energiebilanz jedes einzelnen Gletschers von den lokalen Gegebenheiten bestimmt. Aufgrund der komplexen Topographie um die Gletscher herum, natürlicher Klimavariabilität und regionaler Unterschiede in der Entwicklung des Klimasystems ist es schwierig, eine direkte Verbindung zwischen globalem Klimawandel und dem Verhalten eines einzelnen Gletschers zu finden. In der Cordillera Blanca in Peru dienen die Gletscher als wichtige Regulatoren und Quellen der Wasserversorgung des dicht besiedelten Rio Santa Tals. Im Rahmen dieses Projektes werden wir auf ein besseres Verständnis der Prozesse hinarbeiten, die die große Skala der Klimavariabilität mit Auswirkungen auf einzelne Gletscher in der Cordillera Blanca verknüpfen. Um eine umfassende Datenbasis für die Forschung im Projekt zu begründen, wird ein bereits bestehendes Beobachtungsnetz aus automatischen Wetterstationen und glaziologischen Beobachtungen erhalten und ausgebaut werden. Mit einem hochauflösenden regionalen Modell soll die atmosphärische Dynamik in der Studienregion für ausgewählte Zeitfenster simuliert werden, wobei Reanalysedaten als Randbedingungen dienen. Aus der Modellvalidierung und Analyse der Modelldynamik wollen wir jene Prozesse identifizieren, die für die Übersetzung von großräumigem Klima in die lokalen Bedingungen im Gebirgsterrain am wichtigsten sind. Für diese Prozesse werden Parametrisierungen entwickelt, die sich mit Hilfe der Messdaten verifizieren lassen. Schließlich wird ein auf der Energiebilanz basierendes, zweidimensionales Gletscher-Massenbilanzmodell zunächst mithilfe der Beobachtungsdaten optimiert. Dann wird das Massenbilanzmodell über den gesamten Zeitraum der Verfügbarkeit von Reanalysedaten gerechnet, wobei die benötigten Input-Daten aus den neu entwickelten Parametrisierungen stammen. Die produzierte Massenbilanzreihe wird Aufschluss über hochalpine Klimavariabilität in dieser Region geben. Die meteorologischen und glaziologischen Messungen aus dem Projekt werden auch für Forschung außerhalb des Projektes sehr wertvoll sein, da die mittlere Troposphäre in den Tropen - wo die Studienregion liegt - durch eine extrem dünne Datenlage gekennzeichnet ist. Das dynamische "downscaling" der Reanalysedaten mit dem numerischen Modell, verifiziert durch die Messungen, wird das Verständnis für die Fähigkeiten und Grenzen der hochauflösenden Modellierung über vergletscherter, rauer Topographie vergrößern. Die Entwicklung der Parametrisierung von lokalen meteorologischen Variablen, die man für die Gletschermassenbilanzmodellierung als Input-Daten benötigt, muss als erster Schritt zur Einbeziehung von tropischen Gebirgsgletschern in Zirkulationsmodellen verstanden werden. Sie ist damit eine notwendige Voraussetzung dafür, die Folgen des Klimawandels für Gletscher, Wasserressourcen und die lokale Bevölkerung in Peru zu erforschen.

Die Gletscher in der Cordillera Blanca (Peru) sind von besonderer sozio-ökonomischer und wissenschaftlicher Bedeutung. Zum einen beeinflussen die Gletscher maßgeblich die saisonale Wasserverfügbarkeit im dicht besiedelten Rio Santa Tal, und stellen gleichzeitig - als Auslöser von Eislawinen und Gletscherseeausbrüchen mit katastrophalen Folgen - eine Bedrohung dar. Zum anderen befinden sich die Gletscher in der tropischen mittleren Troposphäre, ein Gebiet welches historisch nur sehr spärlich durch meteorologische Messungen abgedeckt ist. Aufgrund ihrer Lage in komplexer Topographie ist es schwierig, die Auswirkungen der in Globalen Klimamodellen (GCMs) errechneten Klimavariabilität auf die Gletscher zu quantifizieren. Die Forschungsarbeit des Projekts kann wie folgt in vier Punkte unterteilt werden: (1) Ein meteorologisch-glaziologisches Messnetzwerk wurde um und auf Gletschern der Cordillera Blanca aufgebaut und unterhalten. Die daraus gewonnenen Messdaten stellen eine wertvolle Grundlage für atmosphärische und glaziologische Modellierungen dar und werden der Wissenschaftsgemeinde frei zugänglich gemacht. (2) Um aus grobaufgelösten GCMs die für Gletscher relevante Wettervariabilität zu gewinnen, wurde zunächst eine auf Prozess-Verständnis basierende Methode angewandt. Diese Methode erzielte sehr positive Resultate, allerdings konnten aufgrund der hohen Rechenintensität nur kürzere Zeiträume simuliert werden. (3) Gleichzeitig wurden innovative, weniger rechenaufwendige statistische Modelle entwickelt, um empirische Zusammenhänge zwischen GCMs und dem kleinräumigen Wettergeschehen zu finden. Die Bestimmung der Vorhersagequalität dieser statistischen Modelle fand unter besonderer Berücksichtigung der Probleme statt, welche in Zusammenhang mit knappen meteorologischen Messzeitreihen auftreten. Da viele vergletscherte Gebirge auf der ganzen Welt nur wenige oder gar keine Messungen aufweisen, ist dieses im Rahmen des Projekts entwickelte Evaluierungskonzept für die Glaziologie, aber auch andere Disziplinen von besonderer Relevanz. Die Resultate zeigen, dass die Auswahl des geeigneten GCMs die Vorhersagegüte signifikant beeinflusst, und dass insbesondere die Daten von älteren GCMs (der sogenannten ersten Generation) eine deutlich niedrigere Vorhersagequalität aufweisen. (4) Ein generalisiertes Gletschermassenbilanz-Modell wurde entwickelt, welches auf objektiven Kalibrierungsmethoden und unabhängigen Validierungsprozeduren basiert. Das Modell ist insbesondere auch für jene Gletscher anwendbar, für welche keine Massenbilanzmessungen existieren. Mit diesem Model konnte die Relevanz des Gletscherabflusses für die Wasserverfügbarkeit in allen großen Einzugsgebieten der ganzen Welt (und speziell des Rio Santa-Tals) quantifiziert werden.