Der Eintrag von Mineralstaub in den Ozean geschieht entweder durch trockene oder durch nasse Deposition. Dies ist ein wichtiger Prozess um ozeanische Organismen wie Phytoplankton mit Nährstoffen (z.B. Nitrat, Phosphat oder Eisen) zu versorgen. Viele Modelle befassen sich mit der Simulation von Depositionsflüssen von Mineralstaub in den Ozean. Messungen von Massendepositionsflüssen von Mineralstaub sind hingegen selten. Daher ist es von großer Notwendigkeit, diese Messungen durchzuführen um die vielen Modelle zu validieren und den Mineralstaubzyklus besser zu verstehen. Innerhalb des SOPRAN Projektes (Surface Ocean PRocesses in the ANthropocene) wird der Materialtransport zwischen der Atmosphäre und dem Ozean untersucht. Die Messungen dafür wurden auf den Kapverdischen Inseln durchgeführt, über welchen der Saharastaub durch die Passatwindzirkulation vorwiegend transportiert wird. Im Rahmen dieser Arbeit werden in-situ Messungen von trockener Deposition von Mineralstaub in den Ozean präsentiert. Verschiedene Methoden wurden auf ihre Anwendbarkeit getestet und deren Ergebnisse miteinander verglichen. Alle Messergebnisse liegen im Bereich der Messunsicherheiten, wodurch ein Satz qualitätsgesicherter Daten aufgebaut werden konnte. Diese Daten wurden mit den Ergebnissen eines regionalen Chemie-Transport Modells verglichen. Modellierte Massendepositionsflüsse von Mineralstaub waren manchmal doppelt so hoch wie gemessene. Die größte Unsicherheit der Modelle liegt in der Emission des Mineralstaubs, die im Transport und der Deposition fortgesetzt wird. Weitere Unterschiede entstehen durch den Vergleich von Punktmessungen mit einer Gitterzelle, wenn der Staub nicht gleichmäßig über die Gitterzelle verteilt ist. Zusammenfassend wurden Massendepositionsmessungen von Mineralstaub erfolgreich mit verschiedenen Methoden durchgeführt. Mit den Erfahrungen aus dieser Studie ist es nun möglich, Langzeitmessungen von Mineralstaubdeposition in den Ozean erstellen. Diese Daten können von Atmosphärenmodellierern für ihre Modellvalidierung genutzt werden. Anwender von Ozeanmodellen und SOPRAN Partner werden diese Ergebnisse nutzen um z.B. die ozeanische Reaktion auf den Mineralstaubeintrag zu untersuchen. / The input of mineral dust to the oceans, via dry or wet deposition, is an important process, because the entrainment of nutrients (e.g., Nitrate, Phosphor and Iron) is essential for oceanic life such as phytoplankton. A lot of effort has been done to model the dust deposition fluxes to the ocean. However, field measurements concerning the deposition flux are sparse. Therefore, those measurements are needed in order to verify the huge amount of model outputs and to better understand the mineral dust cycle. Within the project SOPRAN (Surface Ocean PRocesses in the ANthropocene), the influence of material exchange between the atmosphere and the ocean is investigated. Measurements were carried out at the Cape Verde Islands in the direct outflow of the Saharan Desert. This study presents the first in-situ measurements of the dry mass deposition flux of mineral dust to the ocean. The applicability of different methods was tested and the results were compared to each other. The results of the measured data were comparable and a set of quality assured data could be built up. Those results were compared to the output of a regional chemistry- transport model. The modeled mass deposition flux was sometimes double as high as the measured one. The main uncertainty of the models is the emission of mineral dust at the source region, proceeding in the transport and emission of mineral dust. Furthermore, comparing single point measurements with outputs of a grid cell leads to differences in deposition fluxes by an inhomogeneous distribution of the mineral dust layer. Summarizing, the measurements of the mass deposition flux of mineral dust could be performed successfully with several methods. With the expertise of this study, long-term observations of the mineral dust deposition to the ocean can now be established. These data can be used by atmosphere modelers to validate their models. Ocean modelers and partners of the SOPRAN project will use these data to investigate e.g., the biological response of the ocean to mineral dust entrainment.

Central America is a region regularly affected by natural disasters, with most of them having a hydro-meteorological origin. Therefore, the understanding of annual changes of precipitation upon the region is relevant for planning and mitigation of natural disasters. This thesis focuses on studying the precipitation variability at annual scales in Central America within the framework of the Swedish Centre for Natural Disaster Science. The aims of this thesis are: i) to establish the main climate variability sources during the boreal winter, spring and summer by using different statistical techniques, and ii) to study the connection of sea surface temperature anomalies of the neighbouring oceans with extreme precipitation events in the region. Composites analysis is used to establish the variability sources during winter. Canonical correlation analysis is employed to explore the connection between the SST anomalies and extreme rainfall events during May-June and August-October. In addition, a global circulation model is used to replicate the results found with canonical correlation analysis, but also to study the relationship between the Caribbean Sea surface temperature and the Caribbean low-level jet. The results show that during winter both El Niño Southern Oscillation and the Pacific Decadal Oscillation, are associated with changes of the sea level pressure near the North Atlantic Subtropical High and the Aleutian low. In addition, the El Niño Southern Oscillation signal is intensified (destroyed) when El Niño and the Pacific Decadal Oscillation have the same (opposite) sign. Sea surface temperature anomalies have been related to changes in both the amount and temporal distribution of rainfall. Precipitation anomalies during May-June are associated with sea surface temperature anomalies over the Tropical North Atlantic region. Whereas, precipitation anomalies during August-September-October are associated with the sea surface temperature anomalies contrast between the Pacific Ocean and the Tropical North Atlantic region. Model outputs show no association between sea surface temperature gradients and the Caribbean low-level jet intensification. Canonical correlation analysis shows potential for prediction of extreme precipitation events, however, forecast validation shows that socio-economic variables must be included for more comprehensive natural disaster assessments.

Der Eintrag von Mineralstaub in den Ozean geschieht entweder durch trockene oder durch nasse Deposition. Dies ist ein wichtiger Prozess um ozeanische Organismen wie Phytoplankton mit Nährstoffen (z.B. Nitrat, Phosphat oder Eisen) zu versorgen. Viele Modelle befassen sich mit der Simulation von Depositionsflüssen von Mineralstaub in den Ozean. Messungen von Massendepositionsflüssen von Mineralstaub sind hingegen selten. Daher ist es von großer Notwendigkeit, diese Messungen durchzuführen um die vielen Modelle zu validieren und den Mineralstaubzyklus besser zu verstehen. Innerhalb des SOPRAN Projektes (Surface Ocean PRocesses in the ANthropocene) wird der Materialtransport zwischen der Atmosphäre und dem Ozean untersucht. Die Messungen dafür wurden auf den Kapverdischen Inseln durchgeführt, über welchen der Saharastaub durch die Passatwindzirkulation vorwiegend transportiert wird. Im Rahmen dieser Arbeit werden in-situ Messungen von trockener Deposition von Mineralstaub in den Ozean präsentiert. Verschiedene Methoden wurden auf ihre Anwendbarkeit getestet und deren Ergebnisse miteinander verglichen. Alle Messergebnisse liegen im Bereich der Messunsicherheiten, wodurch ein Satz qualitätsgesicherter Daten aufgebaut werden konnte. Diese Daten wurden mit den Ergebnissen eines regionalen Chemie-Transport Modells verglichen. Modellierte Massendepositionsflüsse von Mineralstaub waren manchmal doppelt so hoch wie gemessene. Die größte Unsicherheit der Modelle liegt in der Emission des Mineralstaubs, die im Transport und der Deposition fortgesetzt wird. Weitere Unterschiede entstehen durch den Vergleich von Punktmessungen mit einer Gitterzelle, wenn der Staub nicht gleichmäßig über die Gitterzelle verteilt ist. Zusammenfassend wurden Massendepositionsmessungen von Mineralstaub erfolgreich mit verschiedenen Methoden durchgeführt. Mit den Erfahrungen aus dieser Studie ist es nun möglich, Langzeitmessungen von Mineralstaubdeposition in den Ozean erstellen. Diese Daten können von Atmosphärenmodellierern für ihre Modellvalidierung genutzt werden. Anwender von Ozeanmodellen und SOPRAN Partner werden diese Ergebnisse nutzen um z.B. die ozeanische Reaktion auf den Mineralstaubeintrag zu untersuchen. / The input of mineral dust to the oceans, via dry or wet deposition, is an important process, because the entrainment of nutrients (e.g., Nitrate, Phosphor and Iron) is essential for oceanic life such as phytoplankton. A lot of effort has been done to model the dust deposition fluxes to the ocean. However, field measurements concerning the deposition flux are sparse. Therefore, those measurements are needed in order to verify the huge amount of model outputs and to better understand the mineral dust cycle. Within the project SOPRAN (Surface Ocean PRocesses in the ANthropocene), the influence of material exchange between the atmosphere and the ocean is investigated. Measurements were carried out at the Cape Verde Islands in the direct outflow of the Saharan Desert. This study presents the first in-situ measurements of the dry mass deposition flux of mineral dust to the ocean. The applicability of different methods was tested and the results were compared to each other. The results of the measured data were comparable and a set of quality assured data could be built up. Those results were compared to the output of a regional chemistry- transport model. The modeled mass deposition flux was sometimes double as high as the measured one. The main uncertainty of the models is the emission of mineral dust at the source region, proceeding in the transport and emission of mineral dust. Furthermore, comparing single point measurements with outputs of a grid cell leads to differences in deposition fluxes by an inhomogeneous distribution of the mineral dust layer. Summarizing, the measurements of the mass deposition flux of mineral dust could be performed successfully with several methods. With the expertise of this study, long-term observations of the mineral dust deposition to the ocean can now be established. These data can be used by atmosphere modelers to validate their models. Ocean modelers and partners of the SOPRAN project will use these data to investigate e.g., the biological response of the ocean to mineral dust entrainment.

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