dc.contributor.author
Befort, Daniel J.
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:02:13Z
dc.date.available
2017-04-13T13:01:16.239Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/9968
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14166
dc.description.abstract
The Indian Summer Monsoon is known to vary on intraseasonal, decadal,
centennial and up to millennial time-scales during the past. Whereas shorter-
term variability on subseasonal time-scales influences agricultural outcomes
due to drought or flood conditions, longer-term dry conditions on centennial
scale might be related to the downfall of the Indus Valley civilization around
4200 years ago (Dixit et al., 2014a). As nowadays more than 1 billion people
live in India and the population is expected to increase throughout the 21st
century to over 1.6 billion in 2100 (United Nations, 2015) knowledge about the
drivers of dry and wet conditions on different timescales are of crucial
importance. In a recent study Sinha et al. (2011a) hypothesized that abrupt
changes in rainfall over India on centennial time-scales during the last
Millennium are associated with active and break spells on the intraseasonal
timescale. This thesis investigates in how far this hypothesis can be
supported by analysing the Indian Summer Monsoon variability under past,
recent and future climate conditions. A model chain consisting of a fully
coupled Atmosphere-Ocean General Circulation Model (COSMOS), an Atmosphere-
only General Circulation Model (ECHAM5) and a Regional Climate Model (COSMO-
CLM) is used to analyse dry and wet periods of the on different time-scales.
Before testing the hypothesis the models skill in representing observed
intraseasonal features of the ISM is assessed. Even though with some
limitations, results suggest that the RCM as well as the AGCM are able to
capture main intraseasonal features of the ISM, e.g. the northward
propagation. Additionally, COSMO-CLM is found to have positive skill in
simulating observed dry and wet spells if driven by ERA-Interim at its lateral
boundaries. Seasonal mean rainfall amounts over northeastern and central India
are used to analyse in how far changes on the intraseasonal time scale
contribute to longer-term variability of the ISM. This approach is motivated
by the study from Sinha et al. (2011a) who found changes in rainfall with
different signs in two proxies over northeastern and central India. Decadal to
multi-decadal scale variability of the ISM is analysed in three time periods
of the last Millennium: Medieval Climate Anomaly (800–1000), Little Ice Age
(1515–1715) and Recent Climate (1800–2000). Results suggest that some part of
the decadal to multi-decadal scale variability of the ISM can be attributed to
changes on the intraseasonal time scale. Centennial scale variability during
the Holocene is analysed using a transient simulation covering the past 6000
years. In contrast to results for the last Millennium, ISM variability in this
simulation could not be linked to rainfall trends with different signs over
northeastern and central India. Instead results suggest the importance of SSTs
over the Indo-Pacific Warm Pool and northern Arabian Sea in steering long-term
dry and wet conditions over India. Atmosphere-only climate model sensitivity
experiments indicate that the ocean temperatures over the IPWP 5 cause a shift
in the large-scale monsoonal circulation, whereas SSTs over the northern
Arabian Sea are important in determining the moisture supply over this region.
Results obtained by analysing future climate simulations suggest that only a
part of the decadal-scale variability of the ISM could be related to changes
in breaks and active spells similar to results obtained for the last
Millennium. Overall, the work undertaken in this thesis gives greater insight
into the steering mechanisms of ISM variability on longer-time scales,
especially the role of changes of active and break spells on intraseasonal
time scales. Furthermore, results should be considered for further proxy-based
studies analysing long-term changes of the ISM for the proxy site selection to
take into account teleconnections important for steering rainfall over India.
Dixit, Y., Hodell, D. A. and Petrie, C. A. (2014a). Abrupt weakening of the
summer monsoon in northwest India ∼4100 yr ago. Geologie, 42(4):339–342 United
Nations (2015). World population prospects: The 2015 revision, key findings
and advance tables. Department of Economic and Social Affairs, Population
Division, United Nations, New York, USA Sinha, A., Berkelhammer, M., Stott,
L., Mudelsee, M., Cheng, H., and Biswas, J. (2011a). The leading mode of
Indian Summer Monsoon precipitation variability during the last millennium.
Geophysical Research Letters, 38(15)
de
dc.description.abstract
Der Indische Sommermonsun (ISM) variiert auf verschiedenen Zeitskalen: von
intrasaisonal, dekadisch bis hin zu Zeiträumen von Jahrtausenden. Aktive und
passive Phasen des indischen Monsuns innerhalb einer Saison haben starken
Einfluss auf die Nahrungsmittelproduktion, wohingegen eine jahrhunderte lange
trockene Periode vor ca. 4200 Jahren möglicherweise Einfluss auf den
Niedergang der Indus Valley Civililzation hatte (Dixit et al., 2014a). Da
heute bereits mehr als 1 Milliarde Menschen in dieser Region leben und
prognostiziert wird, dass die indische Bevölkerung bis zum Ende des
Jahrtausends bis auf über 1.6 Milliarden Menschen anwachsen wird (United
Nations, 2015), ist ein Verständnis der für trockene und feuchte Phasen auf
verschiedenen Zeitskalen verantwortlichen Mechanismen von größter Wichtigkeit.
In einer Studie von Sinha et al. (2011a) wird die Hypothese aufgestellt, dass
langfristige abrupte Änderungen des Indischen Monsuns im letzten Jahrtausend
mit Veränderungen der Häufigkeit aktiver und passiver Phasen auf der
intrasaisonalen Skala in Verbindung stehen. Diese Studie untersucht, inwiefern
diese These für Modellsimulationen unter rezenten, paleo und zukünftigen
Klimabedingungen bestätigt werden kann. Zur Untersuchung der Variabilität des
ISM auf verschiedenen Zeitskalen wird eine Modellkette bestehend aus einem
voll-gekoppelten Atmosphäre-Ozean Globalmodell (COSMOS), einen Atmosphären-
Globalmodell (ECHAM5) und einem Regionalmodell (COSMO-CLM) verwendet. Zunächst
werden das Atmosphären-Globalmodell und das Regionalmodell bezüglich ihrer
Fähigkeit, intrasaisonale Eigenschaften des indischen Monsuns zu simulieren,
untersucht. Die Ergebnisse suggerieren, dass trotz einiger Einschränkungen
ECHAM5 sowie COSMO-CLM in der Lage sind intrasaisonale Eigenschaften des ISM,
wie z.B. die Nordwärtsverlagerung des Niederschlags zu simulieren. Zusätzlich
konnte gezeigt werden, dass das mit ERA-Interim Reanalysen angetriebene
Regionalmodell COSMO-CLM in der Lage ist, trockene und feuchte Phasen
innerhalb einer Saison zu simulieren. Um zu untersuchen, inwiefern
Veränderungen der Häufigkeit trockener und feuchter Phasen innerhalb einer
Saison zu langfristigen Änderungen des ISM beitragen, werden saisonale
Niederschlagsmengen über Zentral- und Nordostindien verwendet. Dies ist
motiviert durch die Studie von Sinha et al. (2011a), in der unterschiedliche
Trends im Niederschlag in zwei Proxies über diesen beiden Regionen gefunden
wurden. Untersuchungen der dekadisch bis multi-dekadische Variabilität im
letzten Jahrtausend basieren auf Modellsimulationen für drei disjunkte
Zeitepochen: Mittelalterliche Warmzeit (800-1000 AD), kleine Eiszeit
(1515-1715 AD) sowie rezentes Klima (1800-2000 AD). Die Ergebnisse zeigen,
dass die Variabilität auf diesen Zeitskalen teilweise mit veränderten
Häufigkeiten von aktiver und passiver Phasen des ISM innerhalb einer Saison
verbunden sind. Zur Untersuchung der längerfristigen Variabilität während der
letzten 6000 Jahre wurde eine voll-gekoppelte transiente
Globalmodellsimulation verwendet. Im Gegensatz zu den Ergebnissen für das
vergangene Millennium sind trockene und feuchte Perioden in dieser Simulation
nicht mit Veränderungen auf der intrasaisonalen Zeitskala erklärbar.
Sensitivitätsexperimente suggerieren, dass Änderungen der
Oberflächentemperaturen im Indo-Pacific Warm Pool (IPWP) sowie im nördlichem
Arabischen Meer einen deutlich größeren Einfluss auf die langfristige
Variabilität des ISM besitzen. Dies ist einerseits durch eine Verschiebung der
großskaligen Monsunzirkulation und anderseits durch lokale Änderungen im
Feuchteangebot zu erklären. Klimaprojektionen unter erhöhten
Treibhausgaskonzentrationen suggerieren, dass dekadische bis multi-dekadische
Variabilität des ISM im 21. Jahrhundert nur teilweise durch Veränderungen auf
der intrasaisonalen Zeitskala erklärbar ist, ähnlich zu den Ergebnissen für
das letzte Jahrtausend. Insgesamt geben die Ergebnisse aus dieser Studie neue
Einblicke in die verantwortlichen Mechanismen für die langfristige
Variabilität des ISM, im Besonderen für den Beitrag von aktiven und passiven
Phasen auf intrasaisonaler Zeitskala. Die Ergebnisse sollten für die Auswahl
von Regionen zukünftiger proxy basierter Studien verwendet werden, um die
Telekonnektionen des Indischen Monsuns wie z.B. mit den
Oberflächentemperaturen im IPWP zu berücksichtigen. Dixit, Y., Hodell, D. A.
and Petrie, C. A. (2014a). Abrupt weakening of the summer monsoon in northwest
India ∼4100 yr ago. Geologie, 42(4):339–342 United Nations (2015). World
population prospects: The 2015 revision, key findings and advance tables.
Department of Economic and Social Affairs, Population Division, United
Nations, New York, USA Sinha, A., Berkelhammer, M., Stott, L., Mudelsee, M.,
Cheng, H., and Biswas, J. (2011a). The leading mode of Indian Summer Monsoon
precipitation variability during the last millennium. Geophysical Research
Letters, 38(15)
de
dc.format.extent
165 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
indian summer monsoon
dc.subject
long-term variability
dc.subject
extreme events
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::551 Geologie, Hydrologie, Meteorologie
dc.title
Indian Summer Monsoon variability under recent, past and future climate
conditions
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Ulrich Cubasch
dc.contributor.furtherReferee
PD Dr. Gregor C. Leckebusch
dc.date.accepted
2016-12-02
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000104543-1
dc.title.translated
Variabilität des Indischen Sommermonsuns unter rezenten, paleo und zukünftigen
klimatischen Bedingungen
de
refubium.affiliation
Geowissenschaften
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000104543
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000021352
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access