Simulations of the Last Millennium with a General

Circulation Model

Hans von Storch & Martin WidmannInstitut für Küstenforschung

GKSS Forschungszentrum, Geesthacht

and the LMM Working Group within KIHZ

DEUQUA, 29.8.2002 Potsdam

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f KComponents of the climate system. (Hasselmann, 1995)

Quasi-realistic climate models

.... tions"reconstrucdriven Data"

egetationor v

sheets) ice (e.g.,opography or t

ion)configurat orbital (incl.output solar or

ionsconcentrat aerosolor

ionsconcentrat gas greenhouse ith w

) ;F( :"Simulation Forced"

)F( :"Simulation Free"

t

tt1t

t1t

Different ways of running the model

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

Positive analog

Neutral analog Application

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

1973–1993

ERA ECMWF

1880–2049

ECHAM3/LSG

validation

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

Free Simulation: 1000 yearsno solar variability, no changes in greenhouse gas concentrations, no orbital

forcing

Tem

pera

ture

(at

2m

) de

viat

ions

fro

m

1000

yea

r av

erag

e [K

]

Zor

ita,

200

1

Model as a constructive tool

1550-2000 simulation

Changing solar forcing and

time variable volcanic aerosol load;

greenhouse gases

1550-2000 simulation

Changing solar forcing and

time variable volcanic aerosol load;

greenhouse gases

Forced SimulationForced Simulation

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

The Late Maunder Minimum (LMM) is the coldest phase of the so-called ‘Little Ice Age’ with marked climatic variability over wide parts of Europe.

Temperature conditions in Switzerland according to Pfister‘s classification.

From Luterbacher, 2001

1675-1710vs. 1550-1800

Reconstruction from historical evidence, from Luterbacher et al.

1675-1710vs. 1550-1800

Reconstruction from historical evidence, from Luterbacher et al.

Late Maunder Minimum

validation

Model-based reconstuction

Baltic Sea ice winter index after Koslowski (1998)

grey: Index, red: 5 year mean, blue:20 year mean

Lake Sediments From Lake Holzmaar

magnetic susceptibility =clastic input?

13C

+ Aulacoseira subarctica

Reduced growing season?

Dryer winters?

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

Global 1675-1710 temperature anomaly

Model as a constructive tool

Simulated differences of ice coverage, in percent, during the LMM event 1675-1710 and the long term mean 1550-1800.

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

Model as a constructive tool

variations in mean annual coral d18O

annual coral growth rate

Corals Off Madagaskar

From

Jens

Zin

ke

Ice Cores From Greenland and Antarctica

Stacked isotope record from five North-Greenland ice cores (Schwager, 2000)

Stacked isotope record from three ice cores from Dronning Maud Land, Antarctica (Graf et al., in press )

Reconstruction of solar

variability, deduced from

10Be measurements

(Crowley, 2000)

Antarctica

North Greenland

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

Zusammenfassung:

• Das Klima zeigt Variabilität unabhängig von externen Antrieben und Störungen. („Rauch ohne Feuer“)

• Durch Vorgabe geeigneter externe Antriebe lassen sich Klimaanomalien realisieren. Ein Beispiel ist das Late Maunder Minimum.

• Simulationen über wenige tausend Jahre sind derzeit möglich; Simulationen über zehntausende von Jahren werden erst in einigen Jahren möglich sein .... etc ...

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

Ausblick:

• Rekonstruktion von Klimaschwankungen in den letzten paar tausend Jahren sind nicht nur von akademischem Interesse: „Detection and Attribution of Climate Change“.

• Das gegenwärtige (Modell-) Klima ist wärmer als alles, was wir in den letzten 500 Jahren simuliert haben.

• Lauf beginnend im Jahre 1000 ist „unterwegs“ und scheint in der ersten paar Jahrhunderten wärmere Bedingungen als in der zweiten Jahrtausendhälfte zu zeigen.

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f K

From

Ulr

ich C

ubasc

h

Inst

itu

t fü

r K

üst

enfo

rsch

un

g

I f KFrom Fidel Gonzalez-Ruoco

LMM working group in KIHZ

J. Zinke, C. Dullo, A. Eisenhauer - GEOMAR, Kiel

H. von Storch, B. Müller, E. Zorita - Institute for Coastal Research, GKSS Research Centre, Geesthacht

U. Cubasch, I. Fischer-Bruns, M&D Group at MPI of Meteorology, Hamburg

B. Rein - Institute für Geowissenschaft, Universität Mainz

H. B. Mieding, H. Miller, H. Fischer - Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven

A. Lücke, G.H. Schleser - Forschungszentrum Jülich

M.J. Schwab, J.F.W. Negendank, U. Kienel - Geoforschungszentrum Potsdam

J.F. González-Ruoco - Departamento de Astrofísica y CC de la Atmósfera. UCM, Madrid

Jürg Luterbacher, Bern University