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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Main Author: Träger-Chatterjee,Christine
Contributors: Bendix, Jörg (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2014
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
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.
DOI:10.17192/z2014.0388