Folgen einer Klimaänderun fü das Abflußregim sibirischer Flüss

Die bisherige Analyse langer Zeitreilien der Abflüss ergab, da die meisten Pegel im nördliche Sibirien keine statistisch signifikanten Trends aufweisen. Shiklomanov und Shi- klomanov (1999) zeigen am Beispiel des Yenisey, da eine seit 1975 gemessene Zunahme der einzugsgebietsweiten winterlichen Lufttemperatur um 2.5 OC und eine Zunahme des Niederschlages nur zu geringen Veränderunge im Jahresabflufl ( h 5 %) gefiihrt haben.

Die Veränderunge liegen innerhalb der Schwankungsbreite der natürliche Klimavaria- bilität Lammers et al. (2001) beobachten jedoch eine starke Zunahme des Jahresabflusses in weiten Teilen Sibiriens währen der 80er Jahre des 20. Jahrhunderts. Die frühsommer liehe Schneesclinielze verlagerte sich in diesem Zeitraum in die Wintermonate. Basierend auf der Trendanalyse verschiedener Flu§eisgrÖ von 1917 bis 1994 folgert Smith (2000), da der Schmelzbeginn des Flu§eise heute etwa 1 bis 3 Wochen frühe auftritt. Die- se Ergebnisse decken sich mit der seit 1980 beobacht,eten Anderung der atmosphärische Zirkulation, der Zunahme der Oberflachentemperatur und bodennahen Lufttemperaturen sowie dem Rückgan der Schneebedeckung in den hohen Breiten wiihrend des Frühjahr (Rigor et al., 2000; Serreze und Hurst, 2000; Brown, 2000).

In der ostsibirischen Arktis weisen die auf den Mit,telungszeitraum 1979 bis 1994 bezo- genen Anomalien der Monatsmittel der mittleren tägliche Abfliisse an den Flüsse wie Anabar, Olenek, Yana und Indigirka einen statistisch signifikanten positiven Trend auf (vgl. Kapitel 3.2.2).

7.1 Foigen einer Klimaänderun fü das Abfluflregime sibirischer Flüss Im Zusammenhang mit der Frage nach einer Änderun des Klimas ist es zweckmä§i Abfluheitreihen daraufhin zu prüfen ob im Lauf der letzten Jahrzehnte systematische Verschiebungen hin zu höhere Abflüsse stattgefunden haben oder noch stattfinden.

Dazu werden möglichs lange Datenreihen des GRDC verwendet. Ergänz werden die GRDC-Daten durch unveröffentlicht Abfluowerte des russischen Staatlichen Hydrolo- gischen Dienstes, welche fü einzelne ostsibirische Flüss aus dem Zeitraum 1994 bis 1997 vorliegen. F à ¼ die Trendanalyse wurde der Signifikanztest nach Mann und Kendall ver- wendet (s. Kapitel 3.2.2).

Die geringen Zunahmen der Jahresabflu§summe [km3] der sibirischen Flüss in den letz- ten 60 Jahren sind statistisch nicht signifikant. Beispielsweise beträg im Zeitraum 1935 bis 1997 die Signifikanz des positiven Trends der Jahressummen des Abflusses an der Lena 80 % (Abb. 7.1).

1935 bis 1997

Zeit [Jahre]

Abbildung 7.1: Zeitliche Änderun der Anomalien der Jahressummen des mittleren täg lichen Abflusses [km3] der Lena am Pegel Kyusyur im Zeitraum 1935 bis 1997. Darge- stellt sind die auf den Mittelungszeitraum (1935 bis 1997) bezogenen Abweichungen der Jahressummen des Abflusses vom langjährige Mittelwert, die 10-jährig tiefpafigefilterte (Gauflfilter) Zeitreihe, der lineare Trend und das 95 %-Prognoseintervall. Mann-Kendall- Trendtestwert (M/K = 1.29). Datenquelle: GRDC, SHI.

In den einzelnen Monaten weisen die mittleren monatlichen Abflüss unterschiedlich starke nicht signifikante Trends auf. In Abbildung 7.2 sind die Zeitreihen der mittleren monat- lichen Abflüss der Lena sowie deren lineare Trends in den Monaten Mai bis September dargestellt. Die Abflufizeitreihen der Lena zeigen in allen Monaten einen positiven Trend.

Am stärkste ist die Zunahme des Abfluhertes im Mai. An der Indigirka verhäl sich die zeitliche Entwicklung des Abflusses in den Monaten Mai bis Juli gegenläufig obwohl die Jahresmittelwerte des Abflusses einen positiven Trend aufweisen (Anhang B.6).

Betrachtet man die Zeitreihen der Monatsabfliisse fü den in dieser Arbeit verwendeten Bezugszeitraum (1979 bis 1994), so sind die Trends in den einzelnen Monaten deutlich stärke ausgeprägt Die ostsibirischen Flüss sind seit Beginn der 80er Jahre durch zy- klische Variationen und eine hohe interannuale Variabilitä der JahresabfluGsummen ge- kennzeichnet.

7 Auswirkungen veränderte AbfluBregjme auf den simulierten Eisriickgang

Beispielsweise liegt der mittlere Jahresabflufi der Lena a m Pegel Kyusyur im Zeitraum 1935 bis 1997 bei 524 km3 (0.017 Sv). Das absolute Minimum im Jahresabflufl wurde 1986 mit 393 km3 erreicht, das absolute Maximum 1989 mit 713 km3 (0.023 Sv).

Abbildung 7.2: Zeitliche Änderun des mittleren monatlichen Abflusses [los m3 s l ] der Lena an1 Pegel Kyusyur im Zeitraum 1936 bis 1997. Dargestellt sind die mittleren Abflüss in den Monaten Mai, Juni, Juli und August sowie die linearen Trends ^(X sind die Anzahl der Jahre seit 1936). Datenquelle: GRDC, SHI.

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7.1 Folgen einer Klimaänderun fü das Abflui3regime sibirischer Flüss Veränderunge des Abflugregimes sind an allen Pegeln Ostsibiriens in den Zeitreihen des mittleren tägliche Abflusses augenscheinlich. Davon sind in erster Linie die cha- rakteristischen Kennwerte der durch die Schneeschmelze bedingten Hochwasserwelle im Frühsomme (Juni) betroffen. Die maximalen Abflüss treten frühe als gewöhnlic ein, d a in diesen Regionen die Niederschläg im Mai häufige als Regen denn als Schnee fallen, wodurch die durch Schneeschmelze bedingten Abflüss im Frühsomme verringert werden und das Wasser schon im Mai in die Flüss gelangt. Dadurch erreicht auch das Abflui3- maximum des Hochwassers die Mündungsgebiet einige Tage früher

Fü das Einzugsgebiet des Yenisey erstellte Shiklomanov (1994) ein hydrologisches Mo- dell, mit dem bis zum Jahr 2050 möglich Klimaeinwirkungen auf den Wasserhaushalt nachvollzogen und die Auswirkungen von Klimaänderunge auf die Abflufivorgäng quan- tifiziert werden können Die Ergebnisse zeigen, da eine Erhöhun der Lufttemperatur im Einzugsgebiet des Yenisey zu einer Zunahme des winterlichen Abflusses und zu einer Verschiebung der durch die Schneeschmelze bedingten Höchstabflüs führt Gleichzeitig verschiebt sich das Abfluflregime von einem nivalen zu einem pluvialen Typ, d . h . die Abfluflganglinie flacht sich insbesondere im Frühsomme a b (Abb. 7.3).

200 Ibl NORTH:

180 Tunnuski River at Bolshoi Porog

Abbildung 7.3: Beobachtete und simulierte Jahresgäng der monatlichen Abflüss [mm] im nördliche und südliche Einzugsgebiet des Yenisey. Dargestellt sind die mittleren beobach- teten (Series I ) und simulierten (Series 2) Monatsabflüss bei verschiedenen Klimaszenarien (Erwärmun um 1 'C bis 2000 (Series 3), 2 'C bis 2020 (Series 4) und 3 OC bis 4 'C bis 2050 (Series 5). aus: Shiklomanov und Shiklomanov (1999).

Simulationsergebnisse globaler und regionaler Klimamodelle signalisieren fü die nächste Jahrzehnte in den Einzugsgebieten der hohen Breiten ebenfalls eine Zunahme winterlicher Lufttemperaturen, Niederschlage und Abflüss (Miller und Russel, 1992; Shiklomanov, 1994; Blarcum et a.l., 1995; Hagemann und Dümenil 1998; Lewis, 2000). Desweiteren zei- gen die bisherigen Ergebnisse eine kürzer Schneedeckendauer. Vom russischen Staatlichen Hydrologischen Dienst durchgeführt Szenario-Simulationen sagen bei einer Erhöhun der globalen Jahresmitteltemperatur in Bodennäh um 1OC (2OC) eine Zunahme des jiihr-

7 Auswirkungen verä.nderte A b m r e g i m e auf den simulierten EisrŸckga,n

liehen Abflusses um 5 % bis 10 % (10 % bis 20 %) in den Einzugsgebieten Sibiriens vorher (Shiklomanov und Shiklomanov, 1999). Miller und Russe1 (1992) prognostizieren bei einer Verdoppelung der atmosphärische COz-Konzentration (2 X COz-Szenario) fü verschiede- ne sibirische Flüss (u.a. Lena, Kolyma) bis zum Jahr 2050 einen Zuwachs im Jahresabflufl von 10 % bis 45 %. Die Flüss Sibiriens zeigen im Falle einer Klimaerwärmun eine mar- kante Amplitudenveränderun und Phasenverschiebung ihrer Jahresganglinie (Arora und Boer, 2001).

Zahlreiche hydrologische Prozesse und Größ sind jedoch in globalen Klimamodellen in ihrer skaligen Wirkung nicht adäqua pararnetrisiert. Vor diesem Hintergrund sind die Er- gebnisse der Experimente globaler Modelle in quantitativer Hinsicht mit Einschränkunge zu interpretieren. Moderne Klimamodelle geben dafü konsistente Bilder eines mögliche zukiinftigeri Klimas und könne Prozeflveriäuf zeigen. die bei einer Klimaanderung wirk- sam werden. Die Modellszenarien sind daher vielmehr als qualitativer Hinweis oder Ten- denz zu verstehen.

Mit Hilfe des Festeismodells werden in diesem Kapitel die Folgen verschiedener wissen- schaftlicher Hypothesen, wie z.B. das Zunehmen des Abflusses, das Ansteigen der Flu§

wassertemperatur oder ein frühere Einsetzen der Hochwasserwelle, fü das Schmelzen des Festeises in der ostsibirischen Arktis überprüf Dazu wird der Abfluà kontrolliert verändert In numerischen Experimenten wird dann der Einflufl des Abflu§regirne - ge- nau gesagt der Einfluà der Phasenverschiebung und Amplitudenänderun des mittleren Jahresgangs - auf das Schmelzen des Festeises quantitativ untersucht. Durch die .4nde- rung der Abflufiparameter wird ihre Bedeutung fü die Simulation der zeitlichen Verlaufe der Fest,eisdicke bestimmt.

Im Dokument - Results from surface and satellite observations as well as sensitivity studies using a thermodynamic fast-ice model Jör Bareiss (Seite 124-128)