Original paper

Derivation of a climatic dataset for water balance modelling of Pacific atolls

Helbig, Manuel; de Freitas, Chris R.; Matzarakis, Andreas

Meteorologische Zeitschrift Vol. 20 No. 5 (2011), p. 565 - 570

published: Oct 1, 2011

DOI: 10.1127/0941-2948/2011/0261

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ArtNo. ESP025012005010, Price: 29.00 €

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Abstract

There are a large number of low islands in the tropical Pacific region where fresh water resources are seriously limited by climate. The resource is coming under increasing pressure as populations grow and rates of development increase. This and the realisation of the possible impact of climate change have highlighted the sensitivity of island communities to the availability of water. However, to assess this sensitivity requires not only standard climatic data such as air temperature and rainfall, but also more specialised data on solar and longwave radiation. Therein lies a major problem as very little island-specific climatic data are available. The aim here is to identify data required for water balance assessments, then assemble and validate that database. It is argued that this is a crucial first step to successful modelling of the water balance of atolls. The study focuses on the vast area of the tropical Pacific bounded by latitudes 30 °S to 30 °N and longitudes 150 °E to 120 °W. ERA40 reanalysis data are identified as meeting the requirements both in terms of the number of climatic variables and length of time series. These data are compared with surface climate records of selected low islands. The results show that, although the reanalysis data do provide a reliable database for modelling the water balance of atolls, problems arise from overestimated precipitation and underestimated energy available for evapotranspiration. The significance of this is the aim of the second part of this work that aims to assess the sensitivity of water resources of atolls to climate change and variability at the regional scale.

Kurzfassung

Die Süßwasserressourcen vieler flacher Inseln im tropischen Pazifik sind stark limitiert durch das vorherrschende Klima. Zusätzlich steigt der Druck auf die Wasserressourcen mit wachsenden Bevölkerungszahlen und beschleunigter wirtschaftlicher Entwicklung. Die Sensitivität der Inselgesellschaften hinsichtlich einer Verknappung der Ressource ist aufgrund dieser besonderen Bedingungen und des möoglichen Einflusses durch Klimawandel und -variabilität ins Zentrum des Interesses gerückt. Jedoch werden für die Beurteilung der Sensitivität nicht nur Klimadaten von Lufttemperatur und Niederschlag benötigt, sondern auch Daten zu kurzwelliger und langwelliger Strahlung. Dies stellt allerdings ein grundlegendes Problem dar, da derartige Daten für einzelne Inseln nur sehr begrenzt verfügbar sind. Aus diesem Grund werden hier die für Wasserbilanzberechnungen benötigten Daten identifiziert und anschließend eine geeignete Datenbank zusammengestellt und validiert. Dies stellt den ersten wichtigen Schritt für die Modellierung der Wasserbilanz von Atollen dar. Das ausgedehnte Analysegebiet liegt im tropischen Pazifik zwischen 30 °N bis 30 °S und 150 °O bis 120 °W. ERA40 Reanalysedaten eignen sich sowohl hinsichtlich der Anzahl klimatischer Variablen als auch der Dauer der Zeitreihen für eine Sensitivitätsanalyse in diesem Gebiet. Diese Daten werden mit Klimaaufzeichnungen ausgewählter flacher Inseln verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reanalysedaten zwar eine geeignete Datengrundlage für die Modellierung der Wasserbilanz von Atollen darstellen, die Überschätzung des Niederschlags und die Unterschätzung der für die Verdunstung verfügbaren Energie jedoch problematisch sind. Diese Ergebnisse sind von grundlegender Bedeutung für den zweiten Teil dieser Arbeit. In diesem wird die Sensitivität der Wasserressourcen von Atollen gegenüber Klimawandel und -variabilität auf der regionalen Maßstabsebene untersucht.