Nichtlineare Interaktionen zwischen dem Amazonas-Regenwald und der atmosphärischen Feuchtigkeitszirkulation in Südamerika: Mögliche Folgen fortschreitender Abholzung

• Antragsteller: Professor Dr. Niklas Boers
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280719895

Durch den Austausch großer Feuchtigkeitsmengen mit der Atmosphäre durch Niederschlag und Evapotranspiration (ET) hat der Amazonas-Regenwald starken Einfluss auf die atmosphärische Zirkulation über Südamerika. Dieses Zirkulationssystem transportiert Feuchtigkeit vom tropischen Atlantik in das Amazonasbecken und weiter in Richtung der südlichen Subtropen. Es kann daher angenommen werden, dass fortschreitende Abholzung des Regenwaldes signifikante Auswirkungen auf den atmosphärischen Feuchtigkeitshaushalt und somit auf den Niederschlag in großen Teilen des Kontinents hat. Unter Verwendung von Konzepten der Theorie nichtlinearer Dynamik und komplexer Netzwerke beabsichtige ich eine konzeptionelle Modellierung der relevantesten Kopplungsmechanismen zwischen dem Ökosystem und der Atmosphäre. Die Ergebnisse sollen dann mit entsprechenden, aus der Analyse eines geeigneten gekoppelten regionalen Klimamodells gewonnen, Resultaten verglichen werden. Spezieller Fokus würde auf den beteiligten Feedback-Mechanismen liegen: Zunächst plane ich, die Relevanz der ET für die Erhaltung des Feuchtigkeitshaushaltes entlang des atmosphärischen Transportweges zu quantifizieren. Das positive Feedback, welches durch die Freisetzung latenter Wärmer durch Kondensation über dem Amazonasbecken entsteht, sowie die Relevanz dieses Feedbacks für den Erhalt des atmosphärischen Zirkulationssystems, sollen dann im Detail untersucht werden. Diese Freisetzung latenter Wärme führt zu einer Beschleunigung des Feuchtigkeitsstroms, und sollte die Sensitivität des Systems bezüglich Veränderungen der ET-Rate stark beeinflussen. Daraufhin plane ich zu untersuchen, wie fortschreitende Abholzung des Regenwaldes und die resultierende Verringerung der ET die Verfügbarkeit von Feuchtigkeit für Niederschlag weiter westlich beeinflusst. Dies soll unter spezieller Berücksichtigung der Sensitivität der Kopplung aufgrund des beschriebenen verstärkenden Feedbacks geschehen. Das Projekt würde in drei aufeinander folgenden Schritten durchgeführt werden: Zuerst soll ein eindimensionales, konzeptionelles Modell formuliert werden, welches die für die obigen Fragen relevanten geophysikalischen Mechanismen beinhaltet. Danach plane ich, auf früheren Arbeiten zur Konstruktion funktionaler Netzwerke aus klimatologischen Daten aufzubauen, um das Modell auf zwei Dimensionen zu erweitern. Die Gleichungen, die im ersten Schritt aufgestellt wurden, sollen dann entlang der Kanten eines Netzwerks gelöst werden, welches die wichtigsten Wege für den Feuchtigkeitstransport über Südamerika repräsentiert. Drittens sollen die Ergebnisse dieses konzeptionellen Ansatzes mit entsprechenden Ergebnissen verglichen werden, die mithilfe der Analyse eines geeignet gewählten regionalen Klimamodells gewonnen wurden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Brian Hoskins, Ph.D.