Holozäne Vegetationsänderungen und ihre klimatischen Ursachen im MPI-ESM1.2

Verstehen wir die Veränderung der globalen Vegetationsmuster in den letzten Jahrtausenden während des Übergangs vom mittleren Holozän vor etwa 8000 Jahren zum heutigen Klima? Können wir sogar vorhersagen, was wir auf der Grundlage unseres Wissens in paläobotanischen Aufzeichnungen erwarten müssten? Um diesen Fragen nachzugehen, haben Anne Dallmeyer, Martin Claussen (beide MPI-M), Ulrike Herzschuh (AWI) und Ko-Autoren die natürliche Vegetationsdynamik in den Holozän-Simulationen mit dem MPI-ESM1.2 untersucht. Die Autoren haben die globalen Monsunsysteme als Hauptakteure der holozänen Klima- und Vegetationsübergänge außerhalb der hohen nördlichen Breiten identifiziert und weisen damit auf eine weitaus größere Bedeutung der Monsunsysteme für die Vegetationsdynamik außerhalb der Monsungebieten hin als bisher angenommen.

Die Forscherinnen und Forscher haben gezeigt, dass das Modell die wichtigsten Trends aus den Paläorekonstruktionen gut wiedergibt. Am auffälligsten sind der Rückzug der nördlichen Baumgrenze nach Süden, der mit einem starken Rückgang der Wälder in hohen nördlichen Breiten einhergeht, und die starke Zunahme der Sahara, eingebettet in eine allgemeine Abnahme der Niederschläge und der Vegetation in den Monsunrandgebieten der nördlichen Hemisphäre. Auf der Südhalbkugel sind die Veränderungen der Gesamtvegetation in den letzten 8000 Jahren schwächer ausgefallen (Abb. 1).

Was sind die Ursachen für diese Veränderungen? In einer Redundanzanalyse bestätigen die Modellergebnisse die in früheren Studien festgestellte Bedeutung der Sommertemperatur für die Dynamik der Taiga und Tundra. Außerhalb der hohen nördlichen Breiten wird jedoch der Niederschlag als Hauptklimatreiber für den holozänen Vegetationswandel herausgestellt. In den Monsunregionen folgen die Niederschlagsveränderungen direkt der Monsundynamik, die durch die holozäne Sonneneinstrahlung angetrieben wird. Die Sommermonsunsysteme der nördlichen Hemisphäre werden während des Holozäns schwächer, was zu einem Rückgang der Niederschläge und der Vegetation führt. Die Sommermonsune der südlichen Hemisphäre intensivieren sich, was dort eine Zunahme von Niederschlag und Vegetation nach sich zieht. Die Modellergebnisse deuten darauf hin, dass die Monsunveränderungen wiederum über Telekonnektionen die atmosphärische Zirkulation außerhalb der Tropen beeinflussen und daher für das abnehmende Absinken von Luftmassen und die zunehmenden Niederschläge in den nord- und südamerikanischen Außertropen verantwortlich sein könnten (Abb. 1). Dies müsste den Simulationsergebnissen nach zu urteilen in diesen Regionen die Zunahme der Vegetation und der Waldbedeckung ausgelöst haben.

Wie schnell hat sich das globale Vegetationsmuster verändert? Eine Cluster-Analyse zeigt, dass sich die globalen großräumigen Vegetationsmuster nahezu linear mit der Zeit verändern, was in etwa der allmählichen Änderung der Sonneneinstrahlung aufgrund der Änderung der Erdbahn in den letzten Jahrtausenden entspricht. Auf regionaler Ebene zeigen die Simulationen jedoch auch nichtlineare, deutlich schnellere Veränderungen der Vegetation. Am auffälligsten ist, dass der südliche Sahararand während des Holozäns aufgrund von zunehmendem Trockenheitsstress eine rasche Zunahme der Wüste erfährt. Dies war bereits bekannt. Unbekannt und noch nicht in paläobotanischen Aufzeichnungen beschrieben sind jedoch rasche Verschiebungen in der Baumzusammensetzung, die den Simulationen zufolge auch in den hohen nördlichen Breiten, in Südasien und an den Monsunrändern der südlichen Hemisphäre aufgetreten sein müssten. Diese raschen Veränderungen werden im Modell hauptsächlich dadurch verursacht, dass die Wintertemperatur den im Modell spezifizierten bioklimatischen Toleranzbereich der verschiedenen Baumarten verlässt oder hineinkommt.

 

 

Abbildung 1: Zusammenfassende Skizze der wichtigsten Vegetations-, Klima- und Zirkulationsänderungen von vor 8000 Jahren bis vor 2150 Jahren, vor Beginn großflächiger Landnutzung. Südlich von 60°N korreliert der Vegetationstrend positiv mit dem Niederschlagstrend, d.h. Regionen mit zunehmendem Vegetations- und/oder Waldanteil während des Holozäns gehen mit zunehmenden Niederschläge einher und umgekehrt in Regionen mit abnehmendem Trend. Rot schraffierte Gebiete zeigen Regionen mit schnellen Vegetationsveränderungen an.

 

Originalveröffentlichung:

Dallmeyer, A., Claussen, M., Lorenz, S., Sigl, M., Toohey, M. & Herzschuh, U. (2021). Holocene vegetation transitions and their climatic drivers in MPI-ESM1.2. Climate of the Past, 17, 2481-2513. doi:10.5194/cp-17-2481-2021

 

Kontakt:

Dr. Anne Dallmeyer
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: anne.dallmeyer@we dont want spammpimet.mpg.de

 

Prof. Dr. Martin Claußen
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: martin.claussen@we dont want spammpimet.mpg.de