Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
High-resolution regional simulation of last glacial maximum climate in Europe
Swedish Meteorological and Hydrological Institute, Sweden.ORCID iD: 0000-0003-2689-9360
2011 (English)In: Tellus. Series A, Dynamic meteorology and oceanography, ISSN 0280-6495, E-ISSN 1600-0870, Vol. 63, no 1, 107-125 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

A fully coupled atmosphere–ocean general circulation model is used to simulate climate conditions during the last glacial maximum (LGM). Forcing conditions include astronomical parameters, greenhouse gases, ice sheets and vegetation. A 50-yr period of the global simulation is dynamically downscaled to 50 km horizontal resolution over Europe with a regional climate model (RCM). A dynamic vegetation model is used to produce vegetation that is consistent with the climate simulated by the RCM. This vegetation is used in a final simulation with the RCM. The resulting climate is 5–10 °C colder than the recent past climate (representative of year 1990) over ice-free parts of Europe as an annual average; over the ice-sheet up to 40 °C colder in winter. The average model-proxy error is about the same for summer and winter, for pollen-based proxies. The RCM results are within (outside) the uncertainty limits for winter (summer). Sensitivity studies performed with the RCM indicate that the simulated climate is sensitive to changes in vegetation, whereas the location of the ice sheet only affects the climate around the ice sheet. The RCM-simulated interannual variability in near surface temperature is significantly larger at LGM than in the recent past climate.

Place, publisher, year, edition, pages
2011. Vol. 63, no 1, 107-125 p.
Keyword [en]
Climate, palaeo climate, climate model, LGM
National Category
Meteorology and Atmospheric Sciences
Research subject
Atmospheric Sciences and Oceanography
Identifiers
URN: urn:nbn:se:su:diva-123320DOI: 10.1111/j.1600-0870.2010.00485.xOAI: oai:DiVA.org:su-123320DiVA: diva2:873426
Available from: 2015-11-24 Created: 2015-11-24 Last updated: 2017-03-28Bibliographically approved
In thesis
1. High-resolution simulations of two cold palaeo climates in Europe: MIS 3 and LGM
Open this publication in new window or tab >>High-resolution simulations of two cold palaeo climates in Europe: MIS 3 and LGM
2015 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The study of past climate is important because it increases our understanding of how the climate system works. Past climate is often reconstructed by using proxies (that is observations of things that tell something about past climate, for example tree rings, pollen in lake sediments and fossils). Model simulations of past climate further increases the knowledge since it has the possibility to gap the space and time between the sparse and scattered proxy observations, since a model simulation gives relatively continuous information about the whole simulated area. Model simulations can also give internally coherent information about parameters that is not easily reconstructed from proxies (for example heat fluxes).  In this thesis two periods in the past are simulated by climate models: the Marine Isotope Stage 3 (MIS 3), 44 000 years ago, and the Last Glacial Maximum (LGM), 21 000 years ago. Both periods are characterised by low temperature, low sea level and low level of carbon dioxide. The topography in northern Europe is dominated by ice sheets covering Iceland, Norway and parts of Sweden at MIS3; and more extensive ice sheets covering Iceland, Scandinavia, the British Isles and Northern Germany at LGM. These periods are firstly simulated by a global climate model. Those simulations are subsequently used in a regional climate model to increase the level of detail over Europe. To make the regional climate model simulation more realistic vegetation simulated by a dynamical vegetation model is used in the regional climate model.   The climate models simulate European climates much colder than today, especially at LGM. The temperature differences ranges from 5 to 45 °C colder than today; the largest differences being at the ice sheets where the perennial ice cover and the high altitude keep temperatures low. Precipitation is reduced with as much as almost 100 % in northern Europe due to reduced evaporation. Precipitation is increased with as much as 100 % in parts of southern Europe due to changes in atmospheric circulation. The simulations are in broad agreement with proxies, although there are differences.  The vegetation model simulates tundra like vegetation (herbs and shrubs) in the ice-free parts of central and southern Europe. The eastern parts of Europe are dominated by needle-leaved trees. The short and cool summers limit vegetation. The simulated vegetation is in broad agreement with reconstructions. Sensitivity studies of vegetation show that changed vegetation can change the monthly mean temperature with 1-3 °C in some seasons and regions. The response depends on regional surface characteristics. Sensitivity studies of ice sheets show that the simulated climate is consistent with the assumptions about the ice sheet extent made in the simulation. The simulated climate is cold enough in northern Europe to support the ice sheet, and warm enough in southern Europe to prevent the ice sheet from expanding in this direction. A removal of the ice sheet would only have an effect on the local scale in the vicinity of the ice sheet, but this experiment did not include changes in the large-scale global atmospheric circulation.  Although the regional climate model simulations are to a large degree depending on the global climate model simulations they provide new information. When comparing proxies with model data or studying local/regional climatic features (such as the interplay between climate and vegetation) high horizontal resolution, as in the regional climate model, is important.  

Abstract [sv]

Studiet av klimat i det förgångna är viktigt eftersom det ökar vår förståelse för hur klimatsystemet fungerar. Förgånget klimat rekonstrueras ofta med hjälp av proxies (det vill säga observationer av saker som säger något om klimatet förr i tiden, till exempel trädringar, pollen i sjösediment och fossiler). Modellsimuleringar av förgånget klimat ökar kunskapen ytterligare eftersom det ger en möjlighet att fylla i luckorna, i tid och rum, mellan de glesa och spridda proxy-observationerna, eftersom en modellsimulering ger information om hela det simulerade området. Modellsimuleringar kan också ge information om parametrar som inte så lätt rekonstrueras från proxies (till exempel värmeflöden).   I denna avhandling simuleras med klimatmodeller två perioder i det förgångna: MIS 3 (Marine Isotope Stage 3), för 44 000 år sedan och LGM (Last Glacial Maximum), för 21 000 år sedan. Båda perioderna kännetecknas av låg temperatur, låg havsnivå och låg halt av koldioxid. Topografin i norra Europa domineras av istäcken som täcker Island, Norge och Sverige vid MIS 3; och istäcken över Island, Skandinavien, Brittiska öarna och norra Tyskland vid LGM. Dessa perioder simuleras först av en global klimatmodell. Simuleringarna används senare i en regional klimatmodell för att öka detaljgraden över Europa. För att göra den regionala klimatmodell-simuleringen mer realistisk så används i den regionala klimatmodellen vegetation som är simulerad av en dynamisk vegetationsmodell. Klimatmodellerna simulerar europeiska klimat som är mycket kallare än dagens, särskilt vid LGM. Temperaturdifferensen spänner från 5 till 45 °C kallare än idag; de största skillnaderna är vid istäckena där det ständiga istäcket och den höga altituden håller temperaturen nere. Nederbörden minskar med så mycket som nästan 100 % i norra Europa på grund av minskad avdunstning. Nederbörden ökar med så mycket som 100 % i delar av södra Europa på grund av förändringar i atmosfärens cirkulation. Simuleringarna stämmer i stora drag överens med proxies, även om det finns skillnader.  Vegetationsmodellen simulerar tundralik vegetation (örter och snår) i de isfria delarna av centrala och södra Europa. De östra delarna av Europa domineras av barrträd. De korta och kalla somrarna begränsar vegetationen. Den simulerade vegetationen stämmer i stora drag överens med rekonstruktionerna. Känslighetsstudier av vegetationen visar att förändrad vegetation kan förändra månadsmedeltemperaturen med 1-3 °C i vissa regioner och under vissa säsonger. Responsen beror på regionala egenskaper vid markytan. Känslighetsstudier av istäckena visar att det simulerade klimatet är förenligt med de antaganden av istäckenas utbredning som görs i simuleringen. Det simulerade klimatet är tillräckligt kallt i norra Europa för att göra ett istäcke möjligt, och tillräckligt varmt i södra Europa för att hindra istäcket från att växa i den riktningen. Om istäcket skulle tas bort skulle det bara ha en effekt på lokal skala i närheten av istäcket, men detta experiment innefattade inte förändringar i atmosfärens cirkulation. Även om de regionala klimatmodell-simuleringarna till stor del beror på de globala klimatmodell-simuleringarna så ger de ny information. Vid jämförelser av proxies och modelldata eller studier av lokala/regionala egenskaper hos klimatet (som växelverkan mellan klimat och vegetation) så är hög horisontell upplösning, som i en regional klimatmodell, viktigt.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: Department of Meteorology, Stockholm University, 2015. 28 p.
Keyword
Palaeo climate, climate modelling, proxy data, LGM, MIS 3
National Category
Meteorology and Atmospheric Sciences
Research subject
Meteorology
Identifiers
urn:nbn:se:su:diva-123321 (URN)
Opponent
Supervisors
Available from: 2015-12-21 Created: 2015-11-24 Last updated: 2017-03-15Bibliographically approved
2. Modelling regional climate-vegetation interactions in Europe: A palaeo perspective
Open this publication in new window or tab >>Modelling regional climate-vegetation interactions in Europe: A palaeo perspective
2017 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Studies in paleoclimate are important because they give us knowledge about how the climate system works and puts the current climate change in necessary perspective. By studying (pre)historic periods we increase our knowledge not just about these periods, but also about the processes that are important for climatic variations and changes. This thesis deals mainly with the interaction between climate and vegetation. Vegetation changes can affect climate in many different ways. These effects can be divided into two main categories: biogeochemical and biogeophysical processes. This thesis studies the biogeophysical effects of vegetation changes on climate in climate models. Climate models are a necessary tool for investigating how climate responds to changes in the climate system, as well as for making predictions of future climate. The biogeophysical processes are strongly related to characteristics of the land surface. Vegetation changes alter the land surface’s albedo (ability to reflect incoming solar radiation), roughness and evapotranspiration (the sum of evaporation and tran-spiration), which in turn affects the energy fluxes between the land surface and the atmosphere and thereby the climate. It is not, however, evident in what way; denser vegetation (e.g. forest instead of grassland) gives decreased albedo, which results in higher temperature, but also increased evapotranspiration, which contrastingly results in lower temperature. Vegetation changes are in this thesis studied in four different (pre)historic periods: two very cold periods with no human influence (c. 44,000 and 21,000 years ago), one warm period with minor human influence (c. 6,000 years ago) and a cold period with substantial human influence (c. 200 years ago). In addition to that the present climate is studied. The combination of these periods gives an estimate of the effect of both natural and anthropogenic vegetation on climate in different climatic contexts. The results show that vegetation changes can change temperature with 1–3 °C depending on season and region. The response is not the same everywhere, but depends on local properties of the land surface. During the winter half of the year, the albedo effect is usually most important as the difference in albedo between forest and open land is very large. During the summer half of the year the evapotranspiration effect is usually most important as differences in albedo between different vegetation types are smaller. A prerequisite for differences in evapotranspiration is that there is sufficient amount of water available. In dry regions, evapotranspiration does not change much with changes in vegetation, which means that the albedo effect will dominate also in summer. The conclusion of these studies is that vegetation changes can have a considerable effect on climate, comparable to the effect of increasing amounts of greenhouse gases in scenarios of future climate. Thus, it is important to have an appropriate description of the vegetation in studies of past, present and future climate. This means that vegetation has the potential to work as a feedback mechanism to natural climatic variations, but also that man can alter climate by altering the vegetation. It also means that mankind may have influenced climate before we started to use fossil fuel. Consequently, vegetation changes can be used as a means to mitigate climate change locally.

Abstract [sv]

Studiet av paleoklimat är viktigt för att det ger kunskap om hur klimatsystemet fungerar samt för att det sätter nuvarande klimatförändring i ett nödvändigt perspektiv. Genom att studera (för)historiska perioder ökar vi vår kunskap om dessa perioder, men också om vilka processer som har betydelse för klimatets variationer. Denna avhandling behandlar framförallt interaktionen mellan klimat och växtlighet. Förändringar i växtligheten kan påverka klimatet på flera olika sätt. Dessa kan delas in i två huvudgrupper: biogeokemiska och biogeofysikaliska processer. Denna avhandling studerar de biogeofysikaliska effekterna på klimatet i klimatmodeller. Klimatmodeller är ett nödvändigt verktyg för att studera hur klimatet svarar på förändringar i klimatsystemet, samt för att göra förutsägelser om framtidens klimat. De biogeofysikaliska processerna är förknippade med markytans egenskaper. Förändrad växtlighet förändrar markytans albedo (förmågan att reflektera inkommande soltrålning), skrovlighet och förmågan att transportera vatten från marken till atmosfären genom evapotranspiration (summan av avdunstning och transpiration), vilket i sin tur påverkar energiflödena mellan markytan och atmosfären. Dessa förändringar påverkar sedermera klimatet. Det är emellertid inte självklart på vilket sätt; tätare växtlighet (t.ex. skog i stället för äng) ger minskat albedo vilket ger högre temperatur, men också ökad evapotranspiration vilket däremot ger lägre temperatur. Växtlighetsförändringars påverkan på klimatet studeras i denna avhandling i fyra olika (för)historiska perioder: två väldigt kalla perioder utan mänsklig påverkan (ca 44 000 och 21 000 år sedan), en varm period med liten mänsklig påverkan (ca 6 000 år sedan) och en kall period med avsevärd mänsklig påverkan (ca 200 år sedan). I tillägg till det studeras också dagens klimat. Resultaten visar att förändringar i växtlighet lokalt kan ha en signifikant effekt på klimatet. Kombinationen av dessa perioder ger en uppskattning av effekten av både naturlig och antropogen växtlighet i olika klimatsammanhang. Förändrad växtlighet kan ändra temperaturen med 1-3 °C beroende på årstid och område. Responsen är inte densamma överallt utan beror på lokala egenskaper hos markytan. Under vinterhalvåret är oftast albedoeffekten viktigast eftersom skillnaden i albedo mellan skog och öppet landskap då är mycket stor. Under sommarhalvåret är evapotranspirationen oftast viktigast eftersom skillnaden i albedo mellan olika växtlighetstyper då oftast är små. En förutsättning för det är att det finns tillräckligt med vatten tillgängligt för evapotranspiration. I torra områden förändras evapotranspirationen inte särskilt mycket när växtligheten förändras, vilket gör att albedoeffekten dominerar även på sommaren.  Slutsatsen av dessa studier blir att förändrad växtlighet kan ha en betydande effekt på klimatet, jämförbar med den effekt som ökade halter av växthusgaser har i scenarier för framtida klimat. Alltså är det viktigt att ha en korrekt beskrivning av växtligheten i studier av (för)historiskt, nutida och framtida klimat. Det betyder att växtligheten har potentialen att fungera som en återkopplingsmekanism till naturliga klimatvariationer, men också att människan kan påverka klimatet genom att förändra växtligheten. Det betyder också att mänskligheten kan ha påverkat klimatet innan vi började använda fossilt bränsle. Följaktligen kan växtlighetsförändringar användas som ett sätt att lokalt begränsa klimatförändringar.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: Department of Meteorology, Stockholm University, 2017. 53 p.
Keyword
Palaeoclimate, climate model, vegetation, vegetation changes, land-cover, changes, proxy data
National Category
Climate Research
Research subject
Atmospheric Sciences and Oceanography
Identifiers
urn:nbn:se:su:diva-140536 (URN)978-91-7649-770-8 (ISBN)978-91-7649-771-5 (ISBN)
Public defence
2017-05-11, De Geersalen, Geovetenskapens hus, Svante Arrhenius väg 14, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

At the time of the doctoral defense, the following paper was unpublished and had a status as follows: Paper 4: Manuscript.

Available from: 2017-04-18 Created: 2017-03-23 Last updated: 2017-04-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full text

Search in DiVA

By author/editor
Strandberg, Gustav
In the same journal
Tellus. Series A, Dynamic meteorology and oceanography
Meteorology and Atmospheric Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

Altmetric score

Total: 73 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf