The effect of a vegetated Sahara on the West African monsoon rainbelt in mid-Holocene storm-resolving simulations

Im mittleren Holozän dehnten sich die westafrikanischen Monsunniederschläge deutlich weiter nach Norden aus als es heute der Fall ist. Modellsimulation stellen, im Vergleich zu Rekonstruktionen, eine zu schwache Verschiebung des Niederschlags nach Norden dar mit einem zu starken meridionalen Niederschlagsgradienten. Studien zeigen, dass die Repräsentation von Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre dafür von entscheidender Bedeutung sind. Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre können jedoch stark variieren, abhängig davon, ob konvektive Prozesse in Klimamodellen explizit aufgelöst oder parametrisiert werden. Daher untersuchen wir, ob und wie Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre die westafrikanischen Monsunniederschläge in Simulationen mit explizit aufgelöster und parametrisierter Konvektion beeinflussen.

Unabhängig von der Darstellung der Konvektion weisen Simulationen mit einer höheren Vegetationsdichte während des mittleren Holozäns - im Vergleich zu Simulation mit heutiger Vegetation - eine positive Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre über Nordafrika auf. Sowohl in unseren Simulationen mit explizit aufgelöster als auch mit parametrisierter Konvektion dehnt sich das Niederschlagsband über Nordafrika um 4-5° nach Norden aus, wenn wir eine höhere Vegetation vorschreiben. Diese nördliche Ausdehnung der Monsunniederschläge ist eine Folge von höheren latenten Wärmeflüssen in der Sahel-Sahara Region und einer Abschwächung und Nordwärts-Verschiebung des afrikanischen Ostjets.

Während sich die Art der Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre in Simulationen mit explizit aufgelöster und parametrisierter Konvektion nicht unterscheidet, ist die Stärke der Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre deutlich verschieden. In Simulationen mit expliziter Konvektion sind die positiven Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre schwächer ausgeprägt als in Simulationen mit parametrisierter Konvektion. Der Grund für diese schwächeren Wechselwirkungen - im Gegensatz zu bisherigen Studien - ist nicht die abgeschwächte Reaktion des Niederschlags auf eine Änderung des latenten Wärmeflusses, sondern die abgeschwächte Reaktion der Bodenfeuchte auf eine Änderung des Niederschlags. Die Darstellung der Konvektion beeinflusst maßgeblich die Niederschlagseigenschaften, wie beispielsweise deren Intensität, räumliche Verteilung oder Häufigkeit. Diese verschiedenen Niederschlagseigenschaften beeinflussen den hydrologischen Kreislauf in unseren Simulationen maßgeblich. Lokale Starkniederschläge in Simulationen mit expliziter Konvektion führen zu einem hohen Wasserabfluss, weshalb sich die Bodenfeuchte weniger gut regenerieren kann als in Simulationen mit parametrisierter Konvektion. Wir zeigen, dass diese Limitierung der Bodenfeuchte in Simulationen mit expliziter Konvektion im Vergleich zu Simulationen mit parametrisierter Konvektion, die potenzielle Stärke der Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre einschränkt und die nördliche Ausdehnung der Monsunniederschläge begrenzt.