Analyse atmosphärischer Vorboten extremer Sommer in Zentraleuropa : Analysis of Atmospheric Precursor of Extreme Summers in Central Europe
In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften extrem heißer und trockener Sommer in Zentraleuropa und deren vorhergehender Winter - Frühlings – Übergangsperioden analysiert, mit dem Ziel potenzielle Vorläufer extremer Sommer in der atmosphärischen Zirkulation zu identifizieren. Dabei werden so...
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| Format: | Text |
| Language: | English |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2014
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| Online Access: | https://dx.doi.org/10.17192/z2014.0388 http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2014/0388 |
| Summary: | In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften extrem heißer und trockener Sommer in Zentraleuropa und deren vorhergehender Winter - Frühlings – Übergangsperioden analysiert, mit dem Ziel potenzielle Vorläufer extremer Sommer in der atmosphärischen Zirkulation zu identifizieren. Dabei werden sowohl Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre als auch großräumige atmosphärische Zirkulationsregime im Zusammenhang analysiert und diskutiert. Die Analyse basiert auf in situ Beobachtungen, satellitenbasierten Fernerkundgsbeobachtungen und Re-analysedaten. In dieser Arbeit werden extrem heiße und trockene Sommer mithilfe der Kombination aus solarer Einstrahlung und Niederschlag als zentralem Proxy definiert. Die extremsten Sommer hinsichtlich des Solarstrahlungsüberschusses und des Niederschlagsdefizites wurden gemeinsam mit den jeweils vorhergehenden Winter - Frühlings - Übergangsperioden im Untersuchungsgebiet 47°N -56°N; 4°E - 15°E (Deutschland und angrenzende Gebiete) analysiert. Die Analyse basiert auf regionalen Mitteln der akkumulierten Monatsmittel der Winter – Frühlings – Übergangsperiode (Februar, März, April – FMA) und der Sommerperiode (Juni, Juli, August – JJA) von Solarstrahlung und Niederschlag im Untersuchungsgebiet und auf der Analyse der saisonalen Anomalien des Geopotenzials in 850 hPa über dem Nordatlantik und Europa. Die Modellexperimente anderer Autoren für Süd- und Südosteuropa wurden bestätigt: Für die extremsten Hitzesommer wurde auch für Zentraleuropa eine Dominanz von antizyklonalen Zirkulationsregimen mit dem damit verbundenen Solarstrahlungsüberschuss und dem Niederschlagsdefizit (im Vergleich zum langjährigen Mittel) beobachtet. Zwei der drei extremsten sonnigen und trockenen Sommer in Zentraleuropa im Zeitraum 1958 - 2011 wurden bereits in der jeweils vorhergehenden FMA Periode mit extrem großen positiven Solarstrahlungsanomalien und extrem großen negativen Niederschlagsanomalien präkonditioniert. Für dieselben Jahre konnte auch eine Präkonditionierung der Atmosphäre während der FMA Periode identifiziert werden: ein Dipol in der Druckanomalie (Anomalie des Geopotenzials in 850 hPa), mit einem Zentrum negativer Anomalie über Südgrönland und einem Zentrum positiver Anomalie über der Nordsee und Fennoskandien. Als ein Maß für die Stärke dieses Dipols wurde der neue Grönland - Nordsee - Dipol - Index (GNDI) eingeführt. In der Mehrzahl der Jahre mit extrem sonnigen und trockenen Sommern überschreitet der GNDI der vorhergehenden FMA Periode einen Wert von 20. Ein Zusammenhang mit der NAO oder der AO und den extremen Sommern konnte nicht festgestellt werden. Einer der als extrem sonnig und trocken identifizierten Sommer der Zeitreihe wurde nicht präkonditioniert. Jedoch trat im Winter vor diesem Ereignis ein extrem starkes El Nino Ereignis auf. Auf der anderen Seite gab es ein Jahr mit ungewöhnlich sonniger und trockener FMA Periode (Präkonditionierung), auf die aber ein eher feuchter Sommer mit durchschnittlicher solarer Einstrahlung folgte. Im Winter zuvor trat ein extrem starkes La Nina Ereignis auf. Dies führt zu der Schlussfolgerung, dass extrem starke ENSO Ereignisse das europäische Klima auf der saisonalen Skala beeinflussen können: Starke El Nino Ereignisse können extreme Sommer verursachen. Starke La Nina Ereignisse können Signale erzeugen, die das Potenzial haben, die Verbindung zwischen sonnigen und trockenen FMA Perioden und den darauf folgenden Sommern zu stören. Im Kontext extrem heißer und trockener Sommer in Zentraleuropa zeigen diese Ergebnisse Folgendes: - Zusätzlich zur Dominanz antizyklonaler Drucksysteme in der atmosphärischen Zirkulation und den Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre, ist ENSO ein weiterer wichtiger Faktor für die Entwicklung extremer Sommer in Zentraleuropa. - Durch ENSO ausgelöste Effekte haben das Potenzial die Verbindungen zwischen der FMA Periode und dem darauf folgenden Sommer bezüglich des Zusammenspiels von atmosphärischer Zirkulation und Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre, welche für die Entwicklung extrem heißer und trockener Sommer verantwortlich sind, zu zerstören. Diese Erkenntnisse werden im neu entwickelten Zentraleuropäischen Dürreindex (CEDI) zusammengeführt. Mithilfe des CEDI können alle extrem heißen und trockenen Sommer der oberen 10% Perzentile und ein der extremer Sommer der oberen 20% Perzentile in Zentraleuropa richtig "nachhergesagt" werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen zu einem besseren Verständnis der Entwicklung extremer Sommer in Zentraleuropa bei und sind daher ein wertvoller Beitrag zur Verbesserung der sommerlichen Jahreszeitenvorhersage für dieses Gebiet. Aufgrund der Ergebnisse kann erwartet werden, dass der neu entwickelte CEDI einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung eines Frühwarnsystems für extrem heiße und trockene Sommer leisten kann. : In this thesis, the characteristics of extremely hot and dry summers in Central Europe as well as their preceding winter - spring transition seasons are analysed with the aim of identifying potential precursor of extreme summers. Therefor large scale atmospheric circulation regimes and land surface - atmosphere interactions are analysed and discussed in an integrated manner. The analysis is based on in situ as well as satellite based remote sensing observations and re-analysis data. In this thesis extremely hot and dry summers are defined by using solar irradiation in combination with precipitation as a central proxy. The extreme summer seasons (June, July, August - JJA) with regard to solar irradiation excess and precipitation deficit are analysed together with their preceding winter - spring transition season (February, March, April - FMA) in the study area 47°N - 56°N; 4°E - 15°E (Germany and adjacent areas). The analysis is based on the regional mean accumulated monthly means of FMA and JJA of solar irradiation and precipitation over the study area, as well as on the seasonal anomaly of geopotential in 850 hPa over the North Atlantic and Europe. The findings of other authors for southern Europe and southeastern Europe could be supported: for the extreme events, a dominance of anticyclonic circulation regimes and the associated excess of solar irradiation and lack of precipitation (compared to the long term average values) is observed also in Central Europe. Two out of three of the most extreme sunny and dry summer seasons in Central Europe in the time period 1958 - 2011 were preconditioned in the preceding FMA seasons with highly extreme positive anomalies in solar irradiation and highly extreme negative anomalies in precipitation amount. For the same years, a preconditioning in the preceding winter - spring transition seasons could be identified in the large-scale atmospheric circulation: a dipole in the atmospheric pressure (geopotential at 850 hPa) was found with a center of negative anomaly over southern Greenland and a center of positive anomaly over the North Sea and Fennoscandia. As a measure of the strength of this dipole, the novel Greenland - North Sea - Dipole - Index (GNDI) is introduced. In the majority of the years with highly extreme sunny and dry summers, the GNDI of the prior FMA season exceeds a value of 20. No interlink could be found between NAO / AO and extreme summers. One of the summers identified as being extremely sunny and dry was not preconditioned. However, in the winter prior to this summer an extremely strong El Nino event occurred. On the other hand, a year with an anomalously sunny and dry FMA season (precondition) occurred, which was followed by a rather wet summer with close to normal solar irradiation. In the preceding winter to that summer an extremely strong La Nina event was observed. This leads to the conclusion that extremely strong ENSO events can affect European climate on the seasonal scale: strong El Nino events can trigger extreme summers. Strong La Nina events can induce signals that have the potential to disturb the connection between a sunny and dry FMA season and the following summer. In the context of extremely hot and dry summers in Central Europe, the results of this thesis indicate that: - In addition to the dominance of anticyclonic systems in the atmospheric circulation and the land surface - atmosphere interactions, ENSO is another important driver of the development of extreme summers in Central Europe. - ENSO-induced effects have the potential to disturb the interlink between the FMA season and the following summer concerning the interplay of atmospheric circulation and land surface - atmosphere interactions, which are responsible for the development of extremely hot and dry summers in Central Europe. These findings are brought together in the newly defined Central European Drought Index (CEDI). Using the CEDI all extremely hot and dry summers of the upper 10th percentile and one extreme summer of the upper 20th percentile in central Europe can be hindcast correctly. The results of this thesis contribute to a better understanding of the development of extreme summers in Central Europe and are thus a valuable contribution to the improvement of summer seasonal forecast for this region. The new CEDI is expected to have the potential to contribute to the development of an early warning system for extremely hot and dry summers. |
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