Klimatologie

DARWIN

Projektbeteiligte

DynAmics of pRecipitation in transition: The Water source for the Galápagos ArchIpelago under climate ChaNge

Der Galápagos-Archipel ist für seine einzigartige und hohe endemische Artenvielfalt bekannt. Er steht auf der UNESCO-Liste des gefährdeten Welterbes (2007), der "unersetzlichsten Schutzgebiete", eines "Vorzeigegebiets" für den Naturschutz und einer "vorrangigen Ökoregion für den globalen Naturschutz". In klimatologischer Hinsicht ist Galápagos von großem Interesse, da es im Zentrum des ENSO-Phänomens (El Niño - Südliche Oszillation) liegt, das den Archipel mit starken quasi-periodischen Schwankungen bei Niederschlag, Meeresoberflächen- (sea surface temperature, SST) und Lufttemperaturen beeinflusst. Daher ist es nicht verwunderlich, dass viele biologische Studien die Beziehung von Vegetation und Fauna zu den starken Klimaschwankungen untersucht haben. Dabei wurde ein allgemeiner Zusammenhang zwischen der Vegetation und ihren Merkmalen und den Niederschlägen festgestellt, aber auch eine starke Erosion mit teilweiser Abtragung der Vegetation während starker El Niños (EN). Starke EN mit erhöhten SSTs verringern die Nahrungsverfügbarkeit für die Fauna: Galápagos-Pinguine verhungern mit einem Populationsrückgang von bis zu ca. 70 %, mit gegenläufigen Entwicklungen während La Niña-Kälteereignissen. Während starker EN kommt es bei den Galápagos-Robben zu fast vollständigen Verlusten der vier jüngsten Generationen und zu schweren Rückgängen bei Weibchen und nicht territorialen Männchen.

Ein deutlicher Rückgang des Algenfutters führt zum Verhungern der Meeresleguane. Extreme Niederschläge führen zu einem Anstieg des Wasserspiegels in den Lagunen und damit zu einem Rückgang der Flamingos. Der moderne Klimawandel auf den Inseln scheint Veränderungen im Ökosystem zu bewirken: In den letzten 30 Jahren wurde ein noch nie dagewesener Pollentransport aus dem Tiefland nach bergauf festgestellt, was auf eine verstärkte Konvektion schließen lässt, die mit einer Erwärmung der Temperaturen in der heißen Jahreszeit einhergeht. Eine künftige Ausweitung der EN-Häufigkeit im Rahmen des Klimawandels könnte gefährdete Populationen bedrohen und längerfristig mikroevolutionäre Veränderungen bei Pflanzen und Tieren auslösen.

Es besteht jedoch ein Wissensdefizit über die Bedrohungen, die von den Veränderungen des atmosphärischen Wasserkreislaufs (Niederschlag) im Zuge des Klimawandels ausgehen. Dies ist problematisch, weil es für die Ökosysteme, die Trinkwasserversorgung der wachsenden Bevölkerung und die landwirtschaftliche Produktion von entscheidender Bedeutung ist. Es fehlt jegliche Datenbasis zum Klima und insbesondere zum Niederschlag auf Galápagos. Für den gesamten Archipel, der mehr als 113 Inseln mit einer Gesamtfläche von 98555 ha umfasst, sind nur Daten von einigen wenigen Wetterstationen verfügbar. In früheren Arbeiten wurde gezeigt, dass das Klima des Archipels von verschiedenen Phänomenen unterschiedlicher Größenordnung bestimmt wird, nämlich von der jahreszeitlichen Verschiebung der Intertropischen Konvergenzzone (ITCZ) und des Südpazifischen Antizyklons (SPA), einem gut entwickelten Land-See-Windsystem und dem quasi-periodischen ENSO-Phänomen. Von Januar bis Mai ist die so genannte heiße Jahreszeit durch überdurchschnittlich hohe SST-Werte und stark schwankende Niederschläge gekennzeichnet, die durch orografische Konvektion infolge des Durchzugs der ITCZ verursacht werden. Die kalte Jahreszeit wird durch das Absinken der SPA dominiert, begleitet von niedrigen Stratuswolken mit kontinuierlichem Nieselregen (Garúa) in höheren und Trockenheit in niedrigeren Gebieten. Während die Garúa einschließlich der unregelmäßigen Niederschläge für die Wasserversorgung von großer Bedeutung zu sein scheint, sind ihr räumlich-zeitliches Auftreten und ihr Wasserpotenzial völlig unbekannt.


Mit diesem Programm sammeln wir dringend benötigte räumlich-zeitliche Daten über den atmosphärischen Wasserkreislauf dieses Archipels mit seinem komplexen Zusammenspiel von Topografie, SST und skalenübergreifenden atmosphärischen Zirkulationsmustern. Unser Ziel ist es, unser Wissen über die Rolle des Garúa in diesem System, sein Wasserpotenzial und seine möglichen Veränderungen unter einem extremeren Klima zu erweitern. Ein weiterer Schwerpunkt dieses Programms sind die konvektiven Niederschläge in der warmen Jahreszeit, die andere Hauptniederschlagsquelle, und ihre Empfindlichkeit gegenüber dem Klimawandel. Wir arbeiten mit unseren Partnern an der Universität Marburg, der Charles Darwin Foundation in Santa Crúz, Rolando Celleri von der Universität Cuenca und Daniela Ballari von der Universidad del Azuay zusammen, um Felduntersuchungen mit Satellitenfernerkundung und dynamischem Downscaling globaler Reanalysedaten auf Gittern mit sehr hoher räumlicher Auflösung zu kombinieren, um explizite Niederschlagskarten zu erstellen und das Zusammenspiel lokaler Windsysteme, der SST-Entwicklung und synoptischer Wettersituationen zu entschlüsseln, um den räumlich-zeitlichen Charakter von Niederschlagsbildungsprozessen zu verstehen.

Prof. Dr.

Dieter Scherer

M.Sc.

Benjamin Schmidt

Untersuchungsgebiet

Publikationen

2023

Zander, Samira; Bendix, Jörg; Turini, Nazli; Schmidt, Benjamin; Ballari, Daniela; Bayas López, Steve Darwin; Celleri, Rolando; Delgado Maldonado, Byron; Orellana-Alvear, Johanna; Scherer, Dieter
The Spatio-Temporal Cloud Frequency Distribution in the Galapagos Archipelago as Seen from MODIS Cloud Mask Data
Atmosphere, 14 (8) :1225
Juli 2023
ISSN: 2073-4433