Die Grundlage der vorliegenden Diplomarbeit bildet die mitveröffentlichte Publikation „Solar Influence on winter severity in central Europe“, in der erstmals ein signifikanter Zusammenhang zwischen dem Sonnenfleckenzyklus und dem Winterklima in Westdeutschland hergestellt werden konnte. Auf Basis der Publikation wurden drei Hauptziele mit folgenden Ergebnissen postuliert. Die überregionale Betrachtung des Einflusses der Sonnenaktivität und der NAO auf das Winterklima wird durch die Analyse der Eiswinter auf dem Bodensee, dem Rhein und der Ostsee umgesetzt. Dabei hat sich gezeigt, dass ein signifikanter Einfluss der NAO in allen drei Regionen nachweisbar ist, allerdings ist die statistische Signifikanz der Sonnenflecken nur regional auf den Rhein beschränkt. Der Einfluss der Sonnenaktivität auf die NAO ist mithilfe einer Glättung der Daten nachweisbar. Für den geowissenschaftlichen Betrachter koinzidieren die beiden Datensätze und in 14 von 20 Fällen tritt in unmittelbarer Nähe eines Sonnenfleckenminimums auch ein Minimum der NAO-Datenreihe auf. Bei der differenzierten Betrachtung der letzten 50 Jahre besteht sogar eine hundertprozentige Korrelation zwischen beiden Datensätzen sowohl für die Minima als auch für die Maxima.
Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit konnte mithilfe geochemischer, petrologischer und makroskopischer Analysen verschiedene Eventlagen eines etwa 2m langen Freeze-Kerns aus dem Schalkenmehrener Maar hochaufgelöst untersucht werden. Das Ziel, die vorliegende Zeitreihe extremer Winter von Mitteleuropa zu erweitern, konnte durch die zu geringe Anzahl der identifizierten Winterlagen nicht realisiert werden. Allerdings sind bei der Zuordnung der einzelnen Eventlagen in die Kategorien Hochwasser, extremer Winter und Turbidit allgemeingültige Unterscheidungskriterien erarbeitet und grafisch zusammengefasst worden.
Inhaltsverzeichnis
1) EINLEITUNG
2) GRUNDLAGEN
2.1 Die Nordatlantische Oszillation
2.2 Southern Oscillation
2.3 Die Sonne
2.3.1 Der Aufbau der Sonne
2.3.2 Die Rotation der Sonne und ihr Magnetfeld
2.3.3 Sonnenflecken – Entstehung und Einteilung
3) DATENQUELLEN UND METHODIK
3.1 Rhein-Daten
3.2 Bodensee-Daten
3.3 Ostseeeis-Daten
3.4 Sonnenflecken-Daten
3.5 NAO-Daten
3.6 Baur-Temperatur-Daten
3.7 Niederschlag-Daten
3.8 El-Niño-Daten
3.9 Vulkan-Daten
3.10 Methodik
4) AUSWERTUNG DER DATEN
4.1 NAO vs. Temperatur und Niederschlag
4.2 Sonnenflecken vs. Temperatur, Niederschlag und NAO
4.3 El-Niño-Jahre und Vulkan-Daten
4.4 Eis-Daten
5) DISKUSSION UND AUSWIRKUNGEN AUF DAS KLIMA
5.1 Der Einfluss der NAO auf das Klima
5.2 Der Einfluss der Sonne auf das Klima
5.3 Der Einfluss von Vulkanausbrüchen auf das Klima
5.4 El-Niño-Einwirkungen auf Mitteleuropa
5.5 Wintereis: Vergleiche zwischen Rhein, Bodensee und Ostsee
6) EINLEITUNG UND ÜBERLEGUNGEN ZUM PRAKTISCHEN ARBEITEN
7) GRUNDLAGEN
7.1 Geologie der Eifel
7.2 Maare
7.2.1 Maarentstehung und Besonderheiten
7.2.2 Schalkenmehrener Maar
8) METHODIK
8.1 Korngrößenanalyse
8.2 µ-XRF
9) ERGEBNISSE
10) LIMNOLOGIE EINES MAARES
11) ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die Diplomarbeit untersucht den Einfluss der Sonnenaktivität sowie der Nordatlantischen Oszillation (NAO) auf das Winterklima in Mitteleuropa durch die Analyse historischer Daten und Maarsedimente. Das primäre Ziel ist die überregionale Rekonstruktion klimatischer Zusammenhänge sowie die Erweiterung bestehender Proxyzeitreihen für extreme Winter durch hochaufgelöste Untersuchungen an Freeze-Kernen aus der Eifel.
- Analyse des Einflusses der Sonnenaktivität auf das Winterklima in Mitteleuropa.
- Erforschung der Wechselwirkungen zwischen dem Sonnenfleckenzyklus und der NAO.
- Untersuchung von Eiswinter-Aufzeichnungen an Rhein, Bodensee und Ostsee als Klimaproxys.
- Geochemische und petrologische Analyse von Sedimentkernen aus dem Schalkenmehrener Maar.
- Erarbeitung von Differenzierungskriterien für Hochwasser-, Winter- und Turbidit-Ereignisse in Seesedimenten.
Auszug aus dem Buch
2.1 Die Nordatlantische Oszillation
Die ersten Aufzeichnungen der nordatlantischen Oszillation, kurz NAO genannt, stammen aus einer Publikation des dänischen Missionars Hans E. Saabye, der in seinem Tagebuch von 1770 bis 1778 vermerkte, dass die Wintertemperaturen in Grönland und in Skandinavien gegenphasig oszillierten. Heute gilt es als gesichert, dass die zonale Strömung des Nordatlantiks vor allem bestimmend für das Winterklima in Grönland, Nordafrika, Europa und dem Osten der USA ist (Pinto et al., 2011; Wanner et al., 2001).
Der NAO-Index wird laut Deutschen Wetterdienstes (DWD) als Differenz der normierten Abweichungen der Druckwerte vom langjährigen Mittel zwischen der Nordstation (Island-Tief, ca. 65° nördliche Breite) und der Südstation (Azoren-Hoch, ca. 40° nördliche Breite) bezeichnet. Der Index ist negativ, wenn das Azoren-Hoch und das Island-Tief nur schwach ausgeprägt sind und entsprechend positiv, wenn die Luftdruckdifferenz besonders groß ist. Problematisch in diesem Zusammenhang ist der Fakt, dass der NAO-Index nicht eindeutig definiert ist. Somit ist es auch möglich, statt der Luftdruckdaten der Azoren-Stationen Daten von Gibraltar oder aus Portugal zu nehmen.
Eine Darstellung des historischen Verlaufs des Winter-NAO-Indexes (DJaF) seit 1775 zeigt Abbildung 2. Die schwarze Kurve stellt den jährlichen Winterverlauf der NAO-Werte da; die rote Linie eine Glättungskurve über einen Zeitraum von 3 Jahren, um längerfristige Trends zu identifizieren. Die NAO ist ein ganzjähriges Klimaphänomen, jedoch vor allem im Winter hauptverantwortlich für das europäische Wettergeschehen (Stenseth et al., 2003; Sirocko, 2013). Hierbei unterscheiden sich die beiden Zustände der nordatlantischen Oszillation erheblich voneinander mit weitreichenden Änderungen im zirkularen Windsystem.
Zusammenfassung der Kapitel
1) EINLEITUNG: Einführung in die Klimavariabilität und Formulierung der drei Hauptziele zur überregionalen Klimabetrachtung sowie Erweiterung von Proxyzeitreihen.
2) GRUNDLAGEN: Erläuterung der meteorologischen Grundlagen der Nordatlantischen Oszillation, der Southern Oscillation sowie des Aufbaus und der Aktivität der Sonne.
3) DATENQUELLEN UND METHODIK: Detaillierte Auflistung der verwendeten meteorologischen Datensätze sowie Beschreibung der Vorgehensweise bei der statistischen Analyse (Bootstrap-Methode).
4) AUSWERTUNG DER DATEN: Statistische Analyse und Korrelation der verschiedenen Klimaparameter (Temperatur, Niederschlag, NAO, Sonnenflecken, Eisdaten).
5) DISKUSSION UND AUSWIRKUNGEN AUF DAS KLIMA: Interpretation der Ergebnisse im Kontext bestehender Klimamodelle und Diskussion der Einflüsse von NAO, Sonne, Vulkanausbrüchen und El-Niño auf Mitteleuropa.
6) EINLEITUNG UND ÜBERLEGUNGEN ZUM PRAKTISCHEN ARBEITEN: Vorstellung der Eifelmaare als Klimaarchive und Erläuterung der Bohrprojekt-Methodik zur Gewinnung von Freeze-Kernen.
7) GRUNDLAGEN: Geologische Einordnung der Eifel sowie theoretische Grundlagen zur Entstehung von Maaren und ihrer Sedimentationsprozesse.
8) METHODIK: Beschreibung der instrumentellen Analysetechniken, insbesondere der Korngrößenanalyse mittels RADIUS und der Röntgenfluoreszenzanalyse (µ-XRF).
9) ERGEBNISSE: Darstellung der gewonnenen Grafiken zur Event-Identifizierung im Bohrkern des Schalkenmehrener Maares.
10) LIMNOLOGIE EINES MAARES: Grundlagen der limnologischen Prozesse in Maarseen, insbesondere hinsichtlich Schichtung und Zirkulation.
11) ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK: Kritische Reflexion der Ergebnisse bezüglich der Zielerreichung und Ausblick auf zukünftige Forschungsbedarfe.
Schlüsselwörter
Klimatologie, Nordatlantische Oszillation, NAO, Sonnenaktivität, Sonnenfleckenzyklus, Eifelmaare, Schalkenmehrener Maar, Paläoklimatologie, Warvenchronologie, Sedimentanalyse, µ-XRF, Korngrößenanalyse, Winterklima, Klimavariabilität, Bootstrap-Methode.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?
Die Arbeit untersucht den Einfluss natürlicher Klimafaktoren, insbesondere der Sonnenaktivität und der Nordatlantischen Oszillation, auf das Winterklima in Mitteleuropa anhand historischer Aufzeichnungen und geologischer Sedimentdaten.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zentrale Themen sind die Klimatologie, die Solarphysik, die Analyse von Seesedimenten (Limnologie) sowie die statistische Auswertung meteorologischer Zeitreihen.
Was ist das primäre Ziel oder die zentrale Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, den Zusammenhang zwischen Sonnenfleckenaktivität, NAO und dem Auftreten extremer Winter zu bestätigen sowie geologische Proxydaten aus Eifelmaaren zur Erweiterung historischer Zeitreihen nutzbar zu machen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es werden historische Datenreihen korreliert und statistisch mittels der sogenannten Bootstrap-Methode auf ihre Signifikanz geprüft. Zudem erfolgt eine geochemische und sedimentologische Analyse von Maarkernen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die statistische Auswertung der Klimadaten und den praktischen Teil, in dem Freeze-Kerne aus dem Schalkenmehrener Maar analysiert werden, um spezifische Eventlagen zu identifizieren.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Die Arbeit lässt sich am besten durch Begriffe wie Nordatlantische Oszillation, Sonnenfleckenzyklus, Paläoklimatologie, Eifelmaare und Sedimentanalyse beschreiben.
Welche Bedeutung hat das Schalkenmehrener Maar für die Studie?
Das Schalkenmehrener Maar dient als ideales natürliches Klimaarchiv, dessen jährliche Sedimentschichten (Warven) Aufschluss über vergangene Umweltbedingungen und klimatische Ereignisse geben.
Warum spielt der Rhein eine Sonderrolle in der Analyse?
Der Rhein weist laut der Studie als einziges der untersuchten Gewässer eine statistisch hoch signifikante Korrelation sowohl mit der NAO als auch mit der Sonnenaktivität auf, was ihn zu einem besonders sensiblen Forschungsobjekt macht.
- Citation du texte
- Heiko Brunck (Auteur), 2013, Zum Einfluss von Sonnenaktivität und NAO auf das Klima von Mitteleuropa. Rekonstruktion aus historischen Daten und laminierten Maarsedimenten der Eifel, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/270155
