SFB 512 A4
Historical reconstruction of the North Atlantic storm climate.
Ziel des SFB 512
Der Sonderforschungsbereich (SFB) 512 ist an der Universität Hamburg eingerichtet. Er wurde 1998 gegründet und wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Bonn, gefördert. Der SFB 512 untersucht das Klimasystem des Nordatlantiks, d.h. seine physikalischen Grundzustände und deren Variabilität auf verschiedenen Zeitskalen. Das Spektrum der Untersuchungen des SFB 512 umfasst die synoptische Variabilität (Wetter) bis zur dekadischen Variabilität (Klima). Verstärkte Aufmerksamkeit wird dabei der Rolle der nordatlantischen Tiefdruckgebiete gewidmet, die das Wettergeschehen und dessen Variabilität besonders beeindruckend widerspiegeln.
Der SFB 512 bearbeitet drei Hauptforschungsthemen
- Theoretische Analyse des nordatlantischen Klimasystems
- Realitätsnahe Modellierung von Atmosphäre und Ozean in Schlüsselregionen des Nordatlantiks
- Beobachtung und Analyse von Prozessen in Atmosphäre und Ozean in Schlüsselregionen des Nordatlantiks
TP A4: Historische Rekonstruktion des nordatlantischen Sturmklimas
Determiniertheit des Sturmklimas durch externe Faktoren
Irene Fischer-Bruns, Hans von Storch, Ulrich Cubasch
Erfassung der Variabilität der zyklonalen Aktivität im nordatlantischen Raum durch Veränderungen im externen Antrieb des Klimasystems durch Analyse von Zeitreihen, die mit einem vollständig gekoppelten Ozean-Atmosphärenmodell über einen Zeitraum von bis zu 1000 Jahren berechnet wurden. Es soll u.a. festgestellt werden, ob Veränderungen in dem externen Antrieb des Klimasystems die Häufigkeiten von Extremereignissen beeinflussen.
Die im Vordergrund stehende Fragestellung des Teilprojekts ist, ob und wie sich Veränderungen im Antrieb des Klimasystems auf die NAO und die zyklonale Aktivität im nordatlantischen Raum auswirken.
Validierung des Rekonstruktionslaufes durch Mikroseismik
Torsten Dahm, Heinz-Hermann Essen
Validierung der Simulationen unter Zuhilfenahme von Wetteranalysen der letzten 100 Jahre, sowie Aufzeichnungen der Mikroseismik und anhand historischer Quellen. Die Validierungsdaten werden mit Hilfe der Wetteranalysen der letzten 100 Jahre und aus Mikroseismik-Aufzeichnungen der Hamburger Erdbebenstation hergeleitet.
Determiniertheit des Sturmklimas durch externe Faktoren
1. Modell und Daten
Für die Auswertung der Rekonstruktion des historischen nordatlantischen Sturmklimas steht eine Modellsimulation mit einem vollständig gekoppelten Ozean-Atmosphärenmodell über einen Zeitraum von 500 Jahren zur Verfügung. Die Simulation wurden mit dem Klimamodell ECHAM4-HOPE-G (T30) im Rahmen des HGF-Projektes KIHZ von der GKSS am DKRZ durchgeführt.
- Abb. 1: Effektives solares Forcing (grün) und modellierte globale mittlere 2m Temperatur (rot; dick durchgezogene Kurve: 11jähriges gleitendes Mittel)
Das Modell wurde mit dem von Crowley1(2000) beschriebenen Forcing angetrieben, das drei zeitabhängige externe Parameter zur Beschreibung des natürlichen und anthropogenen Forcings enthält, und zwar die Rekonstruktion
- der solaren Einstrahlung -> effektives solares Forcing
- des Vulkanismus
- der Konzentrationen atmosphärischer Treibhausgase
1Crowley, T.J., 2000: Causes of climate change over the past 1000 years. Science, 289, 270-277
Der 11jährige Sonnenfleckenzyklus war im 17. Jahrhundert wenig ausgeprägt: 1645-1715 hat man kaum Sonnenflecken beobachtet (Maunder Minimum). Im Late Maunder Minimum (LMM, 1675-1710) waren die Winter in Europa fast 2°C im Mittel kälter und viel trockener als heute. Dies ist sowohl durch vielfältige historische Aufzeichnungen, als auch anhand von unterschiedlichen Proxy-Daten belegt.
Das Modell reagiert auf den reduzierten Antrieb im LMM mit einer globalen Abkühlung.
2. Ergebnisse
- Abb. 2: Führende EOF des Luftdrucks auf Meeresniveau in der historischen Klimasimulation (1551-1990), basierend auf Wintermittelwerten (DJF).
- Abb. 3a: Jährliche Mitteltemperatur über Europa (rot) und NAO Index (blau) in der historischen Klimasimulation (1550-1800, 11jähriges gleitendes Mittel, normierte Zeitserien).
- Abb 3b: Differenz des Stormtracks in der ersten Hälfte (NAO-) des LMM relativ zum Zeitraum 1551-1800. (Standardabw.[gpm])
- Abb 3c: Differenz des Stormtracks in der zweiten Hälfte (NAO+) des LMM relativ zum Zeitraum 1551-1800. (Standardabw.[gpm])
Die Nordatlantische Oszillation und die zyklonale Aktivität
Die historische Simulation zeigt das klassische NAO Signal. Der zeitliche Verlauf der NAO und der über Europa und dem östlichen Nordatlantik (30°W-40°E,30°-80°N) gemittelten bodennahen Temperatur weisen zwei charakteristische Phasen auf (Abb. 3 oben)
- erste Hälfte des LMM (abnehmendes Forcing): NAO negativ
-> begünstigt das Eindringen sibirischer Kaltluft
-> Abkühlung über Europa - zweite Hälfte des LMM (zunehmendes Forcing): NAO positiv
-> verstärkter Transport maritimer Luftmassen vom Atlantik
-> Erwärmung über Europa
Der „Stormtrack“ als Maß für die zyklonale Aktivität ist signifikant
- geringer in der ersten Hälfte des LMM (NAO negativ)
- stärker in der zweiten Hälfte des LMM (NAO positiv)
als im Referenzzeitraum (1551-1800) (Abb. 3b,3c).
- Abb. 4a: Differenz der Anzahl der Sturmtage pro Winter mit indgeschwindigkeiten von 8 Bft und mehr (in 10m Höhe) in der ersten Hälfte (NAO-) des LMM relativ zum Zeitraum 1551-1800.
- Abb. 4b: Differenz der Anzahl der Sturmtage pro Winter mit indgeschwindigkeiten von 8 Bft und mehr (in 10m Höhe) in der ersten Hälfte in der zweiten Hälfte (NAO+) des LMM relativ zum Zeitraum 1551-1800.
Während der ersten Hälfte des LMM nimmt die zyklonale Aktivität in der nordatlantischen und westeuropäischen Region also signifikant ab, in der zweiten Hälfte des LMM nimmt sie dann jedoch wieder zu. Dies wird auch anhand des Auftretens von Extremwindsituationen deutlich (Abbildung 4).
- Abb. 5: Differenz der gemittelten räumlichen Muster klimatologischer Größen für NAO+ Jahre (>>1.5 sigma) und NAO- Jahre (<1.5 sigma)
Räumliche Muster klimatologischer Größen bezogen auf extreme NAO Ereignisse
Die aus einer Composite-Analyse der NAO Zeitreihe resultierenden räumlichen Muster (Anomalien des Luftdrucks auf Meeresniveau, des Stormtracks, der bodennahen Temperatur und des Niederschlags) werden für beide NAO Phasen realistisch modelliert (Abbildung 5).