Topoklimatische Steuerung und nicht-lineare Dynamik der Klimawandelresonanz von Gletschern in Hochasien

Die Gletscher Hochasiens, existentielle Ressource der Wasserversorgung von über einer Milliarde Menschen, reagieren ausgesprochen heterogen auf den Klimawandel. Die zugrunde liegenden Wirkmuster, Steuerungsfaktoren und Sensitivitäten sind jedoch bisher nur lückenhaft verstanden. Jüngste Studien zeigen die besondere Bedeutung topoklimatischer Effekte auf der Skala einzelner Täler und Höhenzüge, die auch ein großes Potential zu nicht-linearer Abschmelzdynamik implizieren. Zur Analyse dieser mesoskaligen Phänomene fehlen aber bislang adäquate Werkzeuge, die die big-data-kritische Datenlücke zwischen großräumigen Fernerkundungs- und feldbasierten Detailstudien schließen können. Die Höhe der Gletschergleichgewichtslinie (ELA) integriert alle am Gletscher wirkenden topographischen und klimatischen Faktoren und ist daher als Indikator eben dieser topoklimatischen Phänomene bestens geeignet. Im beantragten Projekt soll ein neuartiges Fernerkundungsverfahren für ganz Hochasien angewendet werden, das eigens entwickelt wurde, um für ganze Orogene Datensätze der ELA und multitemporaler ELA-Änderungen in präzedenzlos hoher Auflösung zu generieren. Durch ein künstliches neurales Netz werden dann die räumlichen Muster und die ihnen zugrunde liegende Beziehungen im regional heterogenen Zusammenwirken klimatischer (Globalstrahlung, Temperatur, Niederschlag, Wind, etc.; aus Daten der High Asia Refined analysis, HAR) und topographischer (Exposition, Hangneigung, Gipfelhöhe, etc.; aus digitalen Geländemodellen, DGM) Faktoren zur Steuerung der ELAs in Hochasien aufgeschlüsselt. An für Teilräume repräsentativen Benchmark-Settings mit besonders guter Datensituation werden die steuernden Prozesse am Gletscher durch numerische Modellierung der Energie- und Massenbilanzen (MB) im Detail untersucht. Auf Basis der resultierenden MB-Daten wird zusätzlich die Sensitivität der MBs zu monatlichen Anomalien in Temperatur und Niederschlag (aus HAR) modelliert. Vorstudien zeigen, dass Verebnungsflächen in den Akkumulationsgebieten der Gletscher großes Potential zu nicht-linearer Abschmelzdynamik bei weiterem ELA-Anstieg bergen. Größe und Topographie dieser Verebnungen werden durch DGM-basierte GIS-Analysen für Gletscher ganz Hochasiens quantifiziert. Zur Identifizierung der zugehörigen Kipppunkte (ELA, ab der eine spezifische Verebnungsfläche zu Ablationsgebiet wird) werden jeweils aus Hochflächentopographie und ELA-Daten die verbleibenden Pufferhöhen berechnet. Die diesen Pufferhöhen entsprechenden Temperaturzu- oder Niederschlagsabnahmen werden auf Basis der zuvor erhobenen Sensitivitätsdaten abgeschätzt und die verbleibende Zeit zur Überschreitung der Kipppunkte für verschiedene Szenarien anthropogenen Klimawandels ermittelt. Die Resultate dieses interdisziplinär-polymethodischen Ansatzes werden erstmals eine Entschlüsselung der topoklimatischen Steuerung der Klimawandelresonanz von Gletschern in Hochasien und ihrer Potentiale zu nicht-linearer Abschmelzdynamik ermöglichen.