9. Rekonstruktion des SOI mit Hilfe von Korallenriff-Daten

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der SOI anhand von Korallenriff-Daten in die Vergangenheit zurückverlängert. Diese neu gewonnene Zeitreihe wurde für die in Kapitel 5 und 6 dargestellten Analysen nicht verwendet. In diesem Abschnitt wird die Vorgehensweise kurz geschildert.

Da es in der Klimatologie von allgemeinem Interesse ist, Zeitreihen zur Verfügung zu haben, die möglichst weit in die Vergangenheit zurückreichen, wurde nach einer Möglichkeit gesucht, den SOI anhand paläoklimatologischer Daten für die vorinstrumentelle Periode (vor ca. 1860) zu rekonstruieren.

Anomalien des Sauerstoffisotops $^{18}$O in Korallenriffen sind von der Meerestemperatur abhängig. Dunbar et al. [13] haben anhand solcher Isotopen-Anomalien in Korallenriffen der Urvina Bay, Galapagos Inseln (0, 91W), die SST in dieser Region rekonstruiert. Der in dieser Arbeit [13] zitierte Datensatz besteht aus Jahresmittelwerten der $^{18}$O Isotopen-Anomalien und reicht von 1607 bis 1953.

Abbildung B.1: Durchgezogen: SOI. Gepunktet: Aus Isotopen-Anomalien in Korallenriffen der Galapagosinseln rekonstruierter SOI. Zeitraum: 1866-1953

Für den Überlappungszeitraum des SOI mit den Korallen-Daten (1866-1953) wurde eine lineare Regression durchgeführt. Der dabei errechnete Pearson'sche Korrelationskoeffizient beträgt zwar nur 0,4, was einer gemeinsamen erklärten Varianz von 16% entspricht. Dennoch wurde mit Hilfe der Regressionsgleichung der SOI nun für den Zeitraum 1607 bis 1866 rekonstruiert. Die Varianz der rekonstruierten Zeitreihe ist etwa 2,5 mal geringer als die des originalen SOI, was auf eine schwächere Sensitivität der Korallen-Daten hindeutet. Nachträglich wurde der rekonstruierte SOI mit der Standardabweichung des originalen SOI normiert, was zu der in Abb. B.1 gepunktet dargestellten Zeitreihe führt.

Die Übereinstimmung ist auf den ersten Blick recht gut, es existieren jedoch auch auffällige Unterschiede, wie z.B. für die Zeiträume 1870-73, 1898-1904 und 1943-47. Dies soll aber nicht darüber hinwegtäuschen, daß eine, aus der Sicht des Autors überraschend große Ähnlichkeit zwischen den beiden Zeitreihen besteht, vor allem, wenn man bedenkt, daß die eine aus der Atmosphäre, die andere aus der Biosphäre stammt. Die komplett rekonstruierte Zeitreihe ist in Abb. B.2 dargestellt.

Abbildung B.2: Zusammengesetzte SOI-Reihe. 1607-1865: Wie in Abb. B.1 gepunktet, 1866-1996: SOI. Die durchgezogene horizontale Linie bezeichnet den Mittelwert.

In Abb. B.2 erkennt man, daß die rekonstruierte SOI-Reihe strukturell der originalen (ab 1866 im gleichen Schaubild) ähnelt. Deutlich sind die quasiperiodischen Schwankungen in den für ENSO typischen Perioden zu sehen. Zusätzlich scheint der Reihe noch eine längerperiodische Schwingung innezuwohnen. Um diesen Sachverhalt näher zu beleuchten wurde eine spektrale Varianzanalyse durchgeführt, die in Abb. B.3 dargestellt ist^9.1.

Abbildung B.3: Spektrale Varianz der aus Korallendaten rekonstruierten SOI-Reihe 1607-1953. Die gepunkteten Linien bezeichnen die Signifikanzniveaus (confidence levels, cl), R steht für Rotes Rauschen (Markov-Rauschen). Signifikante Peaks sind mit der zugehörigen Periode in Jahren (a) gekennzeichnet.

In Abb. B.3 erkennt man signifikante Peaks oberhalb des 95%-Signifikanzniveaus bei Perioden von 173, 39, 4,6, 3,4, 2,48 und 2,33 Jahren. Die Periode von 4,6 Jahren ist sogar noch über dem 99%-Niveau signifikant. Die lange Periode von 173 Jahren könnte mit einer bekannten solaren Schwankung, dem sog. ,,José-Zyklus``, verknüpft sein; einem quasi 179-jährigen Zyklus astronomischer Bedeutung, der einem Umlauf der Sonne um das Massenzentrum des Sonnensystems entspricht [47]. Die Periode von 39 Jahren ist physikalisch schwer interpretierbar. Die Peaks bei 4,6 bzw. 3,4 Jahren sind jedoch typische ENSO-Perioden und können mit hoher Wahrscheinlichkeit mit diesem Phänomen in Verbindung gebracht werden. Die Peaks bei 2,48 bzw. 2,33 Jahren könnten unter Umständen mit der Quasi-Zweijährigen-Oszillation (QBO) in Zusammenhang stehen [31] [45], eine klimatologische Interpretation fällt hier jedoch schwer.

Abschließend ist zu bemerken, daß trotz des relativ schwachen statistischen Zusammenhangs (16% erklärte Varianz) die rekonstruierte SOI-Reihe strukturelle Ähnlichkeit mit dem originalen SOI besitzt. Weitergehende Analysen in dieser Richtung sowie ein Vergleich von Untersuchungen mit dem originalen SOI und dem rekonstruierten sollten zur besseren Bewertung dieser Rekonstruktion beitragen.