Climate induced impacts on lake functioning in summer [Elektronische Ressource] / von Susann Wilhelm

Susann Wilhelm

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• Publié par: universitat_potsdam
• Publié le: 01 janvier 2007
• Nombre de lectures: 8
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Institut für Biochemie und Biologie
AG Ökologie und Ökosystemmodellierung






Climate induced impacts on lake functioning in summer








Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades
"doctor rerum naturalium"
(Dr. rer. nat.)
in der Wissenschaftsdisziplin Gewässerökologie











eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Universität Potsdam




von
Dipl. Geoökol. Susann Wilhelm




Potsdam, im März 2007 This work is licensed under the Creative Commons Attribution-Noncommercial-No
Derivative Works 3.0 License. To view a copy of this license, visit
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ or send a letter to Creative
Commons, 171 Second Street, Suite 300, San Francisco, California, 94105, USA.










































Elektronisch veröffentlicht auf dem
Publikationsserver der Universität Potsdam:
http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2007/1459/
urn:nbn:de:kobv:517-opus-14599
[http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14599]
TABLE OF CONTENTS

List of abbreviations .................................................................................. 2
Zusammenfassung (German) ..... 4
Summary (English) .................................................................................... 6
Chapter I General introduction and outline of the thesis .......... 8
Chapter II Adrian R, Wilhelm S, Gerten D (2006) Life-history traits of lake
plankton species may govern their phenological response to climate
warming. Global Change Biology 12:652-661 .......................................... 15

Chapter III Wilhelm S, Hintze T, Livingstone DM, Adrian R (2006) Long-term
response of daily epilimnetic temperature extrema to climate forcing.
Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 63:2467-2477 ......... 30

Chapter IV Wilhelm S, Adrian R The impact of long summer stratification events
on dissolved oxygen, dissolved nutrients and phytoplankton in a poly-
mictic lake. Under revision for Freshwater Biology .................................. 52

Chapter V Wilhelm S, Adrian R (2007) Long-term response of Dreissena poly-
morpha larvae to physical and biological forcing in a shallow lake.
Oecologia 151:104-114 .............................................................................. 69

Chapter VI General discussion and conclusions........................... 87
References .................................................................................................. 95
Acknowledgements .................................................................................... 105

1 List of abbreviations
LIST OF ABBREVIATIONS

A Absorption coefficient for long-wave radiation L
A Absorption coefficient for short-wave radiation S
C Cloud cover
DIN Dissolved inorganic nitrogen
DL Day lengths at the timing of spring water temperatures of 5 °C, 8 °C, 12 °C 5,8,12
DO Dissolved oxygen
DO Dissolved oxygen (hourly measured) h
DO Dissolved oxygen (weekly measured) w
E Heat content
e Water vapour pressure a
E Emission coefficient of the atmosphere L
e Saturation vapour pressure s
f Wind function
G Global radiation
G Clear-sky global radiation 0
H Emission of long-wave radiation B
H Convection and conduction C
H Net heat flux into the lake (calculated) calc
H Evaporation and condensation E
H Inflow and outflow (heat flux) F
H Absorption of long-wave atmospheric radiation L
H Net heat flux into the lake (measured) meas
H Precipitation (heat flux) P
H Absorption of short-wave solar radiation S
NAO North Atlantic Oscillation
NH Ammonium 4
NO Nitrate 3
Q Discharge
r Relative humidity h
SRP Soluble reactive phosphorus
SRSi Soluble reactive silicon
T Epilimnetic temperature 0
2 List of abbreviations
T Daily epilimnetic temperature range 0,dtr
T Daily maximum epilimnetic temperature 0,max
T Daily minimum epilimnetic temperature 0,min
T Air temperature air
T Daily air temperature range air,dtr
T Daily maximum air temperature air,max
T Daily minimum air temperature air,min
T Equilibrium temperature eq
T Daily equilibrium temperature range eq,dtr
T Daily maximum equilibrium temperature eq,max
T Daily minimbrium temperature eq,min
T Mean inflow temperature inflow
u Wind speed 10 m above the lake surface 10
WT Water temperature
WT Timing of spring water temperature of 5 °C, 8 °C, 12 °C 5,8,12
3 Zusammenfassung
ZUSAMMENFASSUNG

Es gibt bereits viele Hinweise dafür, dass Seen sehr sensibel auf die anthropogen verur-
sachte Klimaerwärmung reagiert haben. Bis jetzt haben sich die Studien der Klima-
folgenforschung hauptsächlichst auf die Auswirkungen der Erwärmung im Winter und
Frühling konzentriert. Über den Einfluss der Klimaerwärmung auf Seen in den gemäßigten
Breiten im Sommer ist weniger bekannt. In der vorliegenden Doktorarbeit habe ich einige
Faktoren, welche die Reaktion von Seen auf die Erwärmung im Sommer vermutlich stark
mitbestimmt haben, untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf klimatisch induzierten
Auswirkungen auf die thermische Charakteristik und die Phänologie und Abundanz des
Planktons eines flachen und polymiktischen Sees (Müggelsee, Berlin).
Zuerst wurde der Einfluss der Klimaerwärmung auf die Phänologie und Abundanz des
Planktons in verschiedenen Jahreszeiten untersucht. Das schnellwachsende Phyto- und
Zooplankton (Daphnia) im Frühjahr hat sich vorwiegend synchron vorverschoben, wohin-
gegen Veränderungen des Sommerzooplanktons deutlich artspezifisch und nicht synchron
waren. Die Phänologie oder Abundanz einiger Sommercopepoden hat sich entsprechend
der individuellen thermischen Anforderungen innerhalb bestimmter Entwicklungsstufen,
wie zum Beispiel der Emergenz von der Diapause im Frühling, verändert. Die Studie
unterstreicht, dass nicht nur der Grad der Erwärmung, sondern auch dessen Zeitpunkt
innerhalb des Jahres von großer ökologischer Bedeutung ist. Die asynchronen Veränder-
ungen im Sommerplankton haben möglicherweise zu einem Versatz von eng gekoppelten
Räuber-Beute-Beziehungen geführt. Somit könnte die Klimaerwärmung sich über die
trophische Kaskade fortpflanzende Effekte auch im Müggelsee ausgelöst haben.
Um die Auswirkungen des Klimawandels auf die thermischen Eigenschaften des Sees
zu erforschen, habe ich die Langzeitentwicklung der täglichen epilimnischen Temperatur-
extrema während des Sommers untersucht. Durch diese Studie wurde zum ersten Mal für
Seen gezeigt, dass die täglichen epilimnischen Minima (Nacht) stärker angestiegen sind als
die Maxima (Tag), wodurch sich der tägliche epilimnische Temperaturbereich deutlich
verringert hat. Diese Tag-Nacht-Asymmetrie in der epilimnischen Temperatur wurde durch
eine erhöhte Emission von Langwellenstrahlung aus der Atmosphäre während der Nacht
verursacht. Dies unterstreicht, dass nicht nur Erhöhungen der Lufttemperatur, sondern auch
Änderungen anderer meteorologischer Variablen wie der Windgeschwindigkeit, der Luft-
feuchte und der Bewölkung eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Seetemperatur im
Hinblick auf weitere Klimaveränderungen spielen werden.
4 Zusammenfassung
Zudem wurde eine Kurzzeitanalyse zum Schichtungsverhalten des polymiktischen
Sees durchgeführt, um die Häufigkeit und Dauer von Schichtungsereignissen und deren
Einfluss auf den gelösten Sauerstoff, die gelösten Nährstoffe und das Phytoplankton zu
untersuchen. Selbst während der längsten Schichtungsereignisse (Hitzewellen 2003 und
2006) unterschieden sich die Auswirkungen auf den See von denen, welche in flachen
dimiktischen Seen während der kontinuierlichen Sommerschichtung auftreten. Die hypo-
limnische Temperatur war höher, was die Sauerstoffzehrung und die Akkumulation von
gelösten Nährstoffen begünstigt hat. Zudem führte jedes lange Schichtungsereignis am
Ende zu einem Nährstoffeintrag in die euphotischen Zone, was die Bildung mehrerer
Phytoplanktonblüten während des Sommers ausgelöst hat. Die thermische Schichtung wird
in Zukunft sehr wahrscheinlich zunehmen. Dies lässt darauf schließen, dass die Plankton-
entwicklung in polymiktischen Seen viel anfälliger für Änderungen im Hinblick auf proji-
zierte Klimaveränderungen sein wird gegenüber flachen dimiktischen Seen.
Abschlie