U. Busch, R. Roth, J. Nielinger und G. Groß
Institut für Meteorologie und Klimatologie der Universität Hannover
Nach dem derzeitigen Stand der Forschung geht man für das nächste Jahrhundert von einer steigenden atmosphärischen Treibhausgaskonzentration aus. Als Folge wird mit einer globalen Erwärmung der Erdatmosphäre und einem Anstieg des mittleren Meeresspiegels gerechnet. Ein besonderes Interesse besteht an den dabei auftretenden regionalen Klimaänderungen, wie z.B. einer Zu- oder Abnahme von Starkwind- und Sturmwetterlagen im Gebiet der Deutschen Bucht. Eine Möglichkeit Abschätzungen über diese Änderungen zu geben, bietet die Auswertung von globalen Klimamodellex-perimenten. Da globale Klimamodelle mit einer relativ geringen räumlichen Auflösung operieren, führt eine direkte Auswertung der Ergebnisse in der regionalen Klimaforschung meist nicht zu einem meteorologisch sinnvollen Ergebnis. Es müssen daher Eigenschaften des subskaligen Phänomens in einen funktionalen Zusammenhang mit Größen, die das Klimamodell auflösen kann, gebracht werden. Die Erstellung einer Parametrisierung für winterliche Starkwind- und Sturmwetterlagen im Gebiet der Deutschen Bucht SOWIe deren Anwendung auf globale Klimasimulationen ist Gegenstand dieser Arbeit.
a)
östliche Länge In Grad
b)
östliche Länge In Grad
Abb. 1: Mittlere geopotentielle Höhenverteilung (gpdam) im 700 hPa Niveau bei Sturm-wetterlagen (Winterquartal, DJF) im Gebiet der Deutschen Bucht. Die der Mittelwerts-bildung zugrunde liegenden geopotentiellen Höhen der betreffenden Wetterlagen stam-men aus ECMWF Re-Analysedaten im Zeitraum 1979 bis 1993 (Winterquartal, DJF).
(a) westliches Strömungsmuster, (b) nordwestliches Strömungsmuster.
Eine Parametrisierung für Starkwind- und Sturmwetterlagen muß in der Lage sein, großskalige Strukturen zu erfassen und diese in einen direkten Zusammenhang z.B. mit der Windgeschwindigkeit in der betrachteten Region zu bringen. Bei einer horizontalen Auflösung von etwa 4,30 (ECHAM/T42), der in dieser Arbeit verwendeten Hamburger Klimamodellexperimente (z.B. Cubasch et al., 1995 und Roeckner et al., 1996), bedeutet dies, daß die meteorologischen Phänomene, die analysiert werden können, eine horizontale Ausdehnung von etwa 800 km besitzen müssen.
Die notwendigen Kriterien der hier durchgeführten Parametrisierung wurden durch die Analyse von real aufgetretenen winterlichen Sturmwetterlagen im Zeitraum 1948 bis 1998 (Anzahl ca. 400) mit Hilfe von Boden- und Höhenwetterkarten bestimmt (Busch et al. , 1998). Kontinuierliche Beobachtungen und Messungen zahlreicher synoptischer Stationen an der deutschen Nordseeküste standen für den Zeitraum ebenfalls zur Verfügung. Eine Verifizierung erfolgte mit Re-Analysedaten des ECMWF, welche quasi Beobachtungsdaten auf dem Gitternetz des Hamburger Klimamodells darstellen.
Eine zusammenfassende Bewertung der Ergebnisse zeigt, daß es zwar zu Änderungen bezüglich des Windklimas im Gebiet der Deutschen Bucht in Klimamodellexperimenten mit erhöhter CO2-Konzentration kommt, aber die meisten dieser Änderungen bewegen sich innerhalb der natürlichen Variabilität. Für die Änderung der Häufigkeit von winterlichen Starkwind- und Sturmwetterlagen zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit vom Strömungsmuster. Während Starkwind- und Sturmwetterlagen mit westlichem Strömungsmuster (Abb. 1 a) zunehmen, nehmen solche mit nordwestlichem Strömungs-muster (Abb. 1 b) ab.
Literatur:
Busch, U., Beckmann, B.-R. und Roth, R. 1998: Study ofstorm weather situations in observation and ECHAM3/T42 model simulation. Tellus, zur Veröffentlichung angenommen.
Cubasch, U., Waszkewitz, J., Hegerl, G. und Perlwitz, J. 1995: Regional climate changes as simulated in time-slice experiments. Climatic Change 31, 273-304.
Roeckner, E., Arpe, K., Bengtsson, L., Christoph, M., Claussen, M., Dümenil, L., Esch, M., Giorgetta, M., Schlese, U. und Schulzweida, U. 1996: The atmospheric general circulation model ECHAM-4: Model description and simulation 01 present-day climate. Max-Planck-Institut für Meteorologie, Report No. 218, Hamburg.
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Beobachtete Zyklonenzugbahnen auf der Nordhemisphäre Michaela Sickmöller, Richard Blender und Klaus Fraedrich
Universität Hamburg, Bundesstr. 55, 20146 Hamburg (sickmoeller@dkrz.de, blender@dkrz.de) Zusammenfassung des Beitrags zur DMG-Tagung, 14.-18.9.1998 in Leipzig
Das Ziel der Arbeit ist die Bestimmung der statistischen Eigenschaften von beobachteten Zyklonen während der nordhemisphärischen Winter (DJF) im Atlantik und Pazifik sowie die Zusammenhänge mit Stationsmeldungen und großräumigen Mustern. Die Datengrund-lage bilden die re-analysierten Beobachtungen des ECMWF zwischen 30N und 80N im Zeit-raum von 1979 bis 1997, die homogen in der räumlichen Auflösung TI06 (1.125°x1.125°) und in 6h Abstand vorliegen. Die Zyklonen-zugbahnen werden durch ein automatisches Verfahren bestimmt, das die Minima des 1000hPa-Geopotentials (zI000) zu Trajektori-en verbindet, wobei eine MindestlebTrajektori-ensdauer von drei Tagen verlangt wird. Regionen ober-halb von 1000m sind ausgeschlossen. Die In-tensität eines Tiefs wird durch den Betrag des Geopotentialgradienten in der Umgebung ge-messen.
Die Zyklongenese- und Zyklolysegebiete wer-den untersucht und die räumlichen Häufig-keitsverteilungen mit den storm tracks (Standardabweichung des bandpaßgefilterten 500hPa und 1000hPa Geopotentials) vergli-chen. Die Zyklonenhäufigkeiten sind gegen-über den Stormtracks an deren östlichen En-den nach Nordost verlagert.
Die Variabilität der Zugbahnen wird durch ei-ne Cluster-Analyse der relativen Trajektorien für die beiden Gebiete separat bestimmt. Es ergeben sich je drei typische Bahnverläufe mit nordöstlicher und zonaler Zugrichtung sowie nahezu stationärer Ausbreitung, die in den ,beiden Bassins annähernd übereinstimmen.
Die drei Gruppen von Zyklonen zeichnen sich durch verschieden intensive Lebenszyklen aus.
Die Cluster-Besetzungszahlen pro Winter, d.h.
die Häufigkeiten von Zyklonen verschiedener Ausbreitungsrichtung, werden mit Wintermit-telwerten aus Stationsmeldungen und groß-räumigen Mustern korreliert. Die Tabelle 1 zeigt den aus den 18 Wintern geschätzten Kor-relationskoeffizienten dieser Besetzungszahlen mit dem NAO-Index und Mitteln aus der Temperatur T, der Windgeschwindigkeit
U, dem Niederschlag Pr und dem Boden-druck ps, bestimmt in 43 mitteleuropäi-schen Stationen. Großräumige Muster, die sich ferner für den Atlantik als relevant erweisen sind EA (East Atlantic), POL (Polar), SCA (Scandinavia), und EAIWR (East AtlanticlWest Russia); im Pazifik sind dies PNA (Pacific/North America),
WP (West Pacific) und TINH
(Tropical/Northern Hemisphere).
ZO ST NAO T U Pr ps
NE 0.4 -0.6 0 0.3 0 0.3 -0.3
ZO -0.4 0 0 0 0.2 -0.2
ST 0.3 0 0.4 0.1 0.1
Tabelle1: Korrelationen der Cluster-Besetzungszahlen mit Wintermittelwerten.
Die Zyklonenzugbahnen verlagern sich zwischen 1979 und 1997 im Nordatlantik nordwärts, zeigen dadurch eine Absenkung des Kemdrucks, jedoch eine Abschwä-chung ihrer durch den Umgebungsgra-dienten bestimmten Intensität. Im Pazifik ist kein Trend feststellbar. Die Zyklonenzahl nimmt in beiden Bassins ab. Der storm track im Nordatlantik verlagert sich nach Nordost, im Pazifik zeigt sich eine nahezu gleichförmi-ge Intensivierung.
Literatur:
Blender, R., K. Fraedrich, and F. Lunkeit, 1997: Identification of cyclone-track regimes inthe North Atlantic. Q.J.R. Meteorol. Soc., 123, 727-741.
Sickmöller, M., R. Blender, and K.
Fraedrich, 1997: Observed cyclone tracks on the Northern hemisphere in re-analyzed ECMWF data. In Vorbereitung.