Im Takt der AMO und der NAO (2):Das Häufigkeitsverhalten der Großwetterlagenund dessen Auswirkungen auf die Deutschland- Temperaturen

Teil 2 Beeinflusst die AMO das Häufigkeitsverhalten der Großwetterlagen im Jahres- und Jahreszeitenverlauf?
Stefan Kämpfe
Die Änderungen der Häufigkeitsverhältnisse der Wetterlagen dürfen keinesfalls nur linear betrachtet werden, sondern es zeigen sich bei vielen Lagen auch rhythmische Schwankungen. Eine mögliche Ursache dafür ist die Atlantische Mehrzehnjährige Oszillation, einezyklisch auftretende Zirkulationsschwankung der Ozeanströmungen im Nordatlantik, einhergehend mit Schwankungen derWassertemperaturen im zentralen Nordatlantik (AMO).Diese AMO schwankt in einem Takt von etwa 50 bis 70 Jahren. Außerdem sind die Wassertemperaturen des Nordatlantiks heute (noch) insgesamt etwas höher als im späten 19. Jahrhundert.


Bild rechts: Mehr Südwestlagen durch höhere Wassertemperaturen? Quelle: WERNER/GERSTENGARBE  (2010)

Im Teil 1 hatten wir gesehen, dass die Häufigkeit südwestlicher und südlicher Wetterlagen mit Ausnahme des Winters deutlich zunahm und es gerade diese Wetterlagen waren, welche am stärksten erwärmend wirkten. Als eine mögliche Ursache für deren gehäuftes Auftreten (und dem gleichzeitigen Rückgang nördlicher Strömungskomponenten)kommt unter anderem die AMO in Betracht. Diese schwankte zumindest seit Beginn ihrer Erfassung in einem etwa 50- bis 70-jährigen Zyklus, und insgesamt sind die Wassertemperaturen momentan noch etwas höher, als im späten 19. Jahrhundert. Für die folgende Grafik (und alle weiteren im Teil 2) wurden 11- jährige Gleitmittel verwendet, um die stark schwankende Häufigkeiten der Großwetterlagen, Großwettertypen und Clusterzu glätten, so dass die Darstellungen jeweils 1886 beginnen und 2007 enden:

Abb. 1: AMO (Grün) sowie die Häufigkeit der Großwettertypen Süd (Dunkelrot) und Südwest (Orange) im Vergleich. Man beachte, dass die Südwestlagen (SWA und SWZ) als eigenständiger Großwettertyp nicht im Großwettertyp Süd enthalten sind. Beide Großwettertypen, vor allem aber die Südwestlagen, wurden deutlich häufiger und folgen außerdem- wenngleich mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung und nur undeutlich- den Schwankungen der AMO.

Und bei den nördlichen bis östlichen Wetterlagen zeigen sich genau umgekehrte Verhältnisse:

Abb. 2: AMO (Grün) sowie die Häufigkeit der Großwettertypen Nord (Hellblau)und Ost (Hellgrün) im Vergleich. Auch hier gibt es bei den jeweils enthaltenen Großwetterlagen keine Überschneidungen. Beide Großwettertypen, vor allem aber die Ostlagen, wurden seltener.Die Häufigkeit der Nördlichen Lagen folgt fast exakt den Schwankungen der AMO, während die Ostlagen diesen mit deutlicher Zeitverzögerung folgen.

Aufgrund der hier gewonnenen Erkenntnisse bietet sich eine Auflistung aller Lagen und Cluster an, die von der AMO (jeweils Jahresmittel) wenigstensandeutungsweise (Betrag der Korrelationskoeffizienten >0,2) beeinflusst wurden:

Abb. 3 (Tabelle): Lagen mit AMO- Korrelationskoeffizienten, deren Betrag mindestens 0,2 erreichte (Gesamtjahr) im Vergleich. Man beachte, dass aufgrund der sehr unterschiedlichen Häufigkeitsverhältnisse sowie der mehrfachen Präsenz einzelner Lagen in verschiedenen Clustern ein quantitativer Vergleich über die Zusammenhänge nicht möglich ist! Trotzdem kann man unschwer erkennen, dass besonders „wärmende“ Lagen mit “positiver“ Reaktion auf erhöhte AMO- Werte zu- und viele kühlenden Lagen mit negativer Reaktion auf hohe AMO- Werte abgenommen haben. So sind, rein statistisch betrachtet, gegenwärtig pro Jahr fast 44 Tage mehr mit Südanteil zu erwarten, als im späten 19. Jahrhundert, während besonders östliche, nördliche und antizyklonale Lagen abnahmen. Bemerkenswert ist auch die starke Zunahme der (insgesamt im Jahresmittel) leicht erwärmend wirkenden zyklonalen Lagen auf Kosten der antizyklonalen.

Auch hier muss davon ausgegangen werden, dass die Jahresmittelung jahreszeitliche, deutlichere Unterschiede, auf die später noch eingegangen wird, verwischt. Außerdem werden hier mögliche übergeordnete Antriebsmechanismen für AMO, Wetterlagenverhalten und Deutschlandtemperaturen nicht untersucht.  Die folgenden Grafiken veranschaulichen weitere interessante Zusammenhänge zwischen AMO und Wetterlagen:

Abb. 4: Zyklonale Lagen (Mintgrün) nahmen deutlich zu und schwingen- wenn auch zeitverzögert- deutlich im Takt der AMO; bei Antizyklonalen Lagen (Orangerosa) ist es umgekehrt; auch ist der (hier negative) Zusammenhang zur AMO weniger deutlich.

Abb 5: Hier zeigt sich die deutliche Zunahme der Lagen mit südlicher Strömungskomponente (Südanteil) sowie der zwei Troglagen(von denen TRM kühlend, aber TRW erwärmend wirkt), beide mehr oder weniger zeitverzögert etwas von der AMO beeinflusst. TRW ist im Cluster Südanteil enthalten.

Abb. 6: Man erkennt sehr schön, dass „normale“ Westlagen (WA und WZ, Dunkelviolett) erstens viel häufiger als die „gestörten“ Westlagen (Hell Blauviolett)auftreten, beide konträr schwingen und von der AMO in umgekehrter Weise beeinflusst werden. Das rhythmische Verhalten der Westlagen wird noch zu diskutieren sein.

Bei solchen, auf das Gesamtjahr bezogenen Betrachtungen verschwinden allerdings jahreszeitliche Besonderheiten, welche nicht außer Acht gelassen werden dürfen. Die folgenden Tabellen fassen daher alle Großwetterlagen (GWL) und Großwettertypen sowie weitere Cluster zusammen, welche sich in den einzelnen Meteorologischen Jahreszeiten durch die jeweils stärkste Zu- oder –Abnahme der Häufigkeit, die stärkste positive/ negative Beeinflussung des Deutschlandmittels (°C Jahreszeiten) auszeichneten und deren Häufigkeit am stärksten positiv/negativ von der AMO und der NAO (jeweilige Jahreszeit, letztere nur im Winter) beeinflusst wurde:

Abb. 7 bis 10 (4 Jahreszeittabellen): Zusammenfassung der in den einzelnen Jahreszeiten auffälligsten Lagen. Nur im Winter zeigten 2 Cluster, nämlich alle Lagen mit Westlichem Strömungsanteil und der Großwettertyp Ost, einen deutlichen Einfluss auf die zugehörigen Wintermitteltemperaturen in Deutschland. In einzelnen Monaten, die aus Gründen des Umfangs hier nicht behandelt werden konnten, sind noch einige wenige ähnlich enge Zusammenhänge ermittelt worden, siehe Abb. 5 im Teil 1. Außerdem muss betont werden, dass die linearen Zu- und Abnahmen als Rechengrößen nicht überbewertet werden dürfen, denn bei Betrachtung kürzerer Zeiten zeigen sich bemerkenswerte Einzelheiten und oft auch periodische Verhaltensweisen der Häufigkeiten, auf welche im Teil 3 näher eingegangen wird.

Man kann vermuten, dass die Sonnenscheindauer, welche besonders zwischen etwa Ende März und Anfang Oktober einen deutlichen Einfluss auf die Lufttemperaturen in Deutschland hat (KÄMPFE, LEISTENSCHNEIDER, KOWATSCH, 2013; WEHRY, 2009) die durch die Großwetterlagen bedingten Temperaturunterschiede (Luftmassen!) verringert und nivelliert (in trockener Subpolarluft führt der lange und intensive Sonnenschein zur raschen Erwärmung der Kaltluft, beispielsweise im Juli 2013, als es trotz häufiger nördlicher Windkomponente recht warm war und sich nur in den kurzen, sehr kühlen Sommernächten die meist subpolare Herkunft der Luftmassen zeigte, während sich subtropische, aber wolkenreichere Luftmassen tagsüber im Sommeroft weniger erwärmen). Dem entsprechen auch die Untersuchungsergebnisse, nach denen Südwestlagen im Juli als einzigem Monat nicht erwärmend wirkten. Im Winter, wenn der Einfluss der Sonnenscheindauer gering ist, können sich hingegen die Unterschiede zwischen trocken- kalter Nordostluft und feucht- milder Atlantikluft über Deutschland halten oder sogar verschärfen, weil in der Atlantikluft die Wolken die Auskühlung bremsen, während die klare, wasserdampfarme Nordostluft weiter auskühlt. Die nächste Abbildung zeigt zur Verdeutlichung, wie schwierig die Interpretation und die Bewertung der Folgen der Häufigkeitsschwankungen der Großwetterlagen und deren Cluster ist, das Verhalten von 3 insgesamt deutlich erwärmend wirkenden Clustern im Herbst:

Abb. 11: Drei Cluster mit deutlicher linearer Zunahme im Herbst. Aber nur beim Cluster Südanteil hielt diese Zunahme tatsächlich bis zum Ende des Untersuchungszeitraumes an, während besonders das Cluster Westanteil etwa ab der Jahrtausendwende wieder seltener wurde.

In diesem zweiten Teil wurde verdeutlicht, dass die AMO das Häufigkeitsverhalten zahlreicher Wetterlagencluster, Großwettertypen und sogar einzelner Großwetterlagen, im Jahresmittel zumindest andeutungsweise mit beeinflusst. Dabei ist außerdem nicht ausgeschlossen, dass übergeordnete Antriebe wie etwa die Variabilität der Sonnenaktivität oder der großräumigen (planetarischen) Zirkulation, als übergeordnete Treiber fungieren. Die Zusammenhänge sind nur schwach bis mäßig (Korrelationskoeffizienten zwischen +0,46 und -0,31); aufgrund des großen Stichprobenumfangs dürfen diese jedoch nicht unterschätzt werden. Dabei zeichnet sich ab, dass für Deutschland erwärmend wirkende Lagen, besonders Südwestlagen, in positiven AMO- Phasen häufiger auftreten und insgesamt mit den leicht steigenden Wassertemperaturen stark zunahmen; bei den meisten kühlenden Lagen herrschten umgekehrte Verhältnisse. In den einzelnen Jahreszeiten zeigte sich, dass mit Ausnahme des Winters südliche und südwestliche Lagen deutlich häufiger wurden. Außerdem war im Winter als einziger Jahreszeit und in einzelnen Sommermonaten ein deutlicher Einfluss der Häufigkeiten bestimmter Cluster auf die Lufttemperaturen zu verzeichnen (Cluster Westanteil- stark erwärmend, GWT E- stark kühlend; Kontinentale Hochdrucklagen- vor allem im Juli stark wärmend). Besonders in den Übergangsjahreszeiten werden die meisten Zusammenhänge undeutlicher; und oft nivelliert in der strahlungsreicheren Jahreszeit die Sonnenscheindauer viele luftmassenbedingte Unterschiede.

Verfasst und zusammengestellt von Stefan Kämpfe, Weimar, 2012/2013.

Eine ausführliche Zusammenstellung der verwendeten Literatur und Informationsquellen finden Sie am Ende des 3. Teiles

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12 Kommentar(e)

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1

@ #11

"Im Extremfall (bei sehr großer Wellenlänge) können sich diese Wellen auch entgegen der Grundstromrichtung,"

Die Eddies (Rossby-Wellen) wandern immer von Ost nach West gegen die Zonalströmung. Allerdings ist die mittlere Phasengeschwindigkeit abhängig von der Wellenlänge, so daß nur die langen Wellen eine Phasengeschwindigkeit > Zonalstrom erreichen, was dann zur Stationarität oder eben der Verlagerung nach Westen führt. Die Dynamik ist natürlich komplexer. Näheres findet man bei H.-D. Schilling.

2

@ #9
Das mit der Rossby- Gleichung und den Rossby- Wellen ist schon sehr lange bekannt (wenn ich mich nicht irre, seit 1939). So eine "stehende" lange Welle löste ja auch den extremen Hitzesommer 2010 in Westrußland aus. Im Extremfall (bei sehr großer Wellenlänge) können sich diese Wellen auch entgegen der Grundstromrichtung, die ja von West nach Ost verläuft, verlagern. Das Problem mit der Nutzung dieser langen Wellen für Vorhersagen ist, dass man nie genau weiß, wie lange sie erhalten bleiben- es können nur einige Wochen, aber auch einige Monate sein. Und was löst diese Wellen genau aus? Sicher spielt die Sonnenaktivität eine gewisse Rolle- in Phasen mit geringerer Sonnenaktivität kann die Frontalzone stärker mäandrieren und /oder sich weiter nach Süden verlagern. Es gibt sicher zahlreiche weitere Einflußgrößen wie AO, AMO, PDO, NAO, QBO... . Eine spannende Thematik, die im Rahmen dieses Beitrages von mir nur angerissen weden konnte- Die Profis sind gefragt!
Beste Grüße und eine hoffentlich weiter milde Spätherbstzeit- im Moment ist die Strömung schön zonal; dieses ausgleichende Westwindwetter gefällt mir viel besser, als die zu Temperaturextremen neigenden Meridionallagen- auch wenn ich mit dieser Äußerung sicher alle Wintersportfans verägere... .

3

@ #9

"Überhaupt frage ich mich, wieso die "etablierte Klimaforschung" keine Untersuchungen in diese Richtung durchführt."

Das hat unsereiner bereits Mitte der 70er Jahre gemacht. Das mit den Großwetterlagen ist letztendlich ein alter Hut für lokale Untersuchungen. Wenn Sie unter wetterzentrale.de einen Blick auf die Zirkumpolarkarten werfen, dürfte Ihnen klar werden, daß die Persistenz von bestimmten Großwetterlagen an die Standing Eddies (stationärer Teil der Rossby-Wellen) gekoppelt ist. Je nach Dominanz und Phasenlage der langen Wellen mit den Zahlen 1 bis 5 ergeben sich dann z.B. zirkumpolar zwei blockierende Hochdruckgebiete im mitteleuropäischen Raum und Pazifik (oder auch 4, wenn Welle 4 ebenfalls dominiert). So kommen dann die langen und strengen Winter (1962/3) und 2009/2010 zustande. Wer das weiß kann dann zutreffende Vorhersagen machen, so wie von mir Dez. 2009 gemacht, als ich wegen eines Armbruchs bei Glatteis im Krankenhaus lag und meinen KollegInnen mailte, daß sie sich auf einen langen und schneereichen Winter freuen sollten. 🙂

Vergleichen Sie mal die Wetterkarten von Dez 2009 mit denen von 1962. Gibt es auch unter Wetterzentrale.de.

So ein kleines Lese- und Formatierungsprogramm zu schreiben und Ihnen zukommen zu lassen ist eigentlich kein Problem. Nur die Daten, die müssen Sie selbst runterladen.

4

@ #7
Mir fehlen leider die dafür nötigen Kenntnisse in EDV und die entsprechenden Programme. Überhaupt frage ich mich, wieso die "etablierte Klimaforschung" keine Untersuchungen in diese Richtung durchführt. Denen haben offenbar die CO2- Scheuklappen den Blick verstellt. Dabei müsste es doch gängige wissenschaftliche Praxis sein, in alle Richtungen Ursachenforschungen für Temperaturschwankungen und Temperaturänderungen zu betreiben. Auch die von mir hier vorgestellten Ergebnisse können natürlich den bisherigen Temperaturverlauf in Deutschland nicht völlig erklären; doch zeichnet sich ab, dass Sonnenaktivität, Sonnenscheindauer, WI- Effekte und Änderungen der Strömungsverhältnisse (Großwetterlagen!) die wesentlichen Treiber der Temperaturentwicklung sind; CO2 ist praktisch bedeutungslos.

5

@ #7

Am Excel-Format wird das nicht scheitern, wenn man etwas in PASCAL oder FORTRAN programmieren kann. Geliefert wird im ASCII-Format (oder csv). Allerdings sind es sehr große Dateien, die heruntergeladen werden müssen.

6

@6
Hallo, Herr Heinzow,
an Datenmaterial bin ich natürlich immer interessiert. Bleibt freilich trotzdem das Problem der Auswertung- fast nie liegen die Daten im Excel- Format vor und müssen für Grafiken oder Berechnungen erst unter enormen Zeitaufwendungen übertragen werden.
Beste Grüße
Stefan Kämpfe

7

@ #4

"mir fehlen leider Datenmaterial..."

Ich hätte da ne nette Adresse für Sie mit Gratisdaten, aber eben nicht für Innerhofer & Co.

8

@ #3 M. Estermeier

"Die Daten sollten bei denen sicherlich in gewünschter Form vorliegen."

Die kann man beim DWD kaufen.

9
Stefan Kämpfe

Hallo, Herr Innerhofer,
ich wies in meinem Teil 1 bereits darauf hin, dass eine tagesbezogene Auswertung zwar sinnvoll und viel aussagefähiger wäre, aber leider mangels Verfügbarkeit und wegen des hohen Zeitaufwands schwierig machbar ist; außerdem müssten die 10 Stationen gleichmäßig über das Gebiet des heutigen Deutschlands verteilt sein; es sei denn, man beschränkt sich auf regionale Auswertungen (z.B. nur Südwestdeutschland); und wo bekommt man diese Datenmenge her (mindestens 365 mal Tagesmittelwerte mal 100 Jahre mal 10 Stationen). Und dann müsste man noch mindestens nach Jahreszeiten, besser noch nach einzelnen Monaten auflösen, weil ja viele GWL, ganz besonders die Ostlagen, ein jahreszeitlich sehr unterschiedliches Temperaturverhalten zeigen. Ich würde mich freuen, wenn Sie das hinbekommen- mir fehlen leider Datenmaterial und Zeit.
MfG
Stefan Kämpfe

10
Markus Estermeier

#1 Herr Innerhofer

Das wäre doch mal eine nette Anfrage beim DWD. Die Daten sollten bei denen sicherlich in gewünschter Form vorliegen. Ob deren Interesse allerdings groß genug ist Ihren Wunsch zu erfüllen, wage ich stark zu bezweifeln.

mfg

11

"Ich bräuchte "nur" die Tagesmittel von einigen Stationen in einem passablen Format."

Wer suchet, der findet oder eben beim DWD kaufen.

Oder man ist nett zu den Leuten, die die haben, dann gibt es sowas auch gratis. 😉

12
Gunnar Innerhofer

Hallo Herr Kämpfe,

mir fehlen die typischen dT der einzelnen GWL für Deutschland.
Es würde reichen, wenn sie 10 Stationen auswählen und aus den Tagesmittel T erstens für jeden Tag eine Tm berechnen (100a Mittel wenn möglich), dann die GWL jeden Tag zuweisen und aus den Abweichungen von Tm die mittlere dT der einzelnen GWL für jede Station berechnen.
Wichtig dabei: unbedingt nach Jahreszeiten trennen und eben auch geographisch.
Jetzt haben sie sich eh schon so viel Arbeit angetan, aber wenn sie keinen Bock haben, mache ich es vielleicht für alle hier. Ich bräuchte "nur" die Tagesmittel von einigen Stationen in einem passablen Format.