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Propagation of atmospheric ROssby waves - connection to prEdictability of Climate exTremes

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Das Verständnis ‚planetarischer Wellen‘ hilft bei der Vorhersage von gefährlichen Hitzewellen

Extreme Wetterereignisse wie Hitzewellen können verheerende Auswirkungen haben, die zu erhöhter Sterblichkeit und Leid sowie zu erheblichen wirtschaftlichen Schäden führen. Genaue Vorhersagen von extremen Wetterereignissen können daher große Vorteile für die Gesellschaft bringen, indem sie Zeit zur Vorbereitung auf die Bedrohung liefern.

Klimawandel und Umwelt

Es wird angenommen, dass die Hitzewelle in Europa 2003 für über 70 000 Todesfälle verantwortlich war. Im Jahr 2010 tötete eine Hitzewelle in Russland etwa 50 000 Menschen und hatte große Auswirkungen auf die Weizenernte, was zu wirtschaftlichen Verlusten in Höhe von etwa 15 Mrd. USD führte. Viele Extremereignisse, einschließlich der Hitzewellen in Europa und Russland, werden mit bestimmten atmosphärischen Zirkulationsmustern in Verbindung gebracht – insbesondere mit der Ausbreitung einer Art atmosphärischer Welle, die als Rossby-Welle entlang atmosphärischer Wellenleiter bekannt ist. Rossby-Wellen, die auch als planetarische Wellen bekannt sind, sind eine Art großräumiger Wellen in den atmosphärischen Winden oder Meeresströmungen, mit typischen Wellenlängen von mehreren Hundert bis mehreren Tausend Kilometern. Diese Wellen entstehen auf natürliche Weise durch die Rotation des Planeten. Wellenleiter werden durch besondere Konfigurationen der atmosphärischen Winde oder der „Jet-Streams“ gebildet, der schnell fließenden Luft, die sich in der Stratosphäre in etwa 8-12 km Höhe von Westen nach Osten bewegt. Wellenleiter bestimmen die Richtung, in welche sich die Rossby-Wellen bewegen, und damit auch, auf welche Regionen der Erde sie Einfluss haben.

Untersuchung jahreszeitlicher Vorhersagbarkeit

Das EU-finanzierte Projekt PROTECT untersuchte den Zusammenhang zwischen Rossby-Wellen und Extremwetter sowie die Vorhersagbarkeit solcher Zirkulationsmuster auf sub-saisonalen bis saisonalen (S2S) Zeitebenen, um die Vorhersage der Wahrscheinlichkeit von Extremereignissen für mehrere Monate im Voraus zu verbessern. Die Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert. Die MSCA-Stipendiatin Rachel White untersuchte atmosphärische Wellenleiter, die Rossby-Wellen innerhalb eines bestimmten Breitengrades der Erde einschließen. „Das Einschließen von Rossby-Wellen kann dazu führen, dass diese eine größere Amplitude haben und über längere Zeiträume bestehen bleiben, was beides zum Auftreten von extremen Temperaturereignissen beiträgt. Obwohl PROTECT seinen Schwerpunkt auf Hitzewellen legte, zeigt die wissenschaftliche Literatur, dass Rossby-Wellen auch mit extremen Kälteereignissen und extremen Niederschlägen in Verbindung stehen“, erklärt White.

Zusammenhang bestätigt

Ein wichtiges Ergebnis des Projekts war die Entwicklung eines Datensatzes, der tägliche Kartierungen über das Auftreten von atmosphärischen Wellenleitern enthält. White sagt weiter: „Vor diesem Projekt wurden Wellenleiter in der Regel unter durchschnittlichen Bedingungen untersucht, entweder als Durchschnitt über die Zeit hinweg oder über den Längengrad. PROTECT entwickelte jedoch einen objektiven Algorithmus zur Erkennung von Wellenleitern in Daten für Winde, die in den letzten 35 Jahren beobachtet wurden, wodurch der Wellenleiter-Datensatz erstellt werden konnte.“ Die Analyse des Datensatzes ergab, dass Wellenleiter tatsächlich mit einem vermehrten Auftreten von Rossby-Wellen verbunden sind, insbesondere von sich langsam ausbreitenden Rossby-Wellen, die zu länger anhaltenden Extremtemperaturen wie Hitzewellen beitragen. „Die Forschung hat dazu beigetragen, unser Verständnis der Zusammenhänge zwischen großräumigen atmosphärischen Zirkulationsmustern und extremen Wetterereignissen zu verbessern“, so White. Die im Rahmen des PROTECT-Projekts initiierten Forschungsarbeiten dauern an und untersuchen die Vorhersagbarkeit dieser Wellenleiter in operationellen S2S-Vorhersagesystemen, was ein vielversprechender Weg ist, um die Vorhersagefähigkeit von Extremereignissen zu verbessern. „Die Ergebnisse, die einen Zusammenhang zwischen Wellenleitern und den Formen von Rossby-Wellen zeigen, die typischerweise zu Extremereignissen führen, deuten darauf hin, dass Verbesserungen der S2S-Vorhersagefähigkeit von Hitzewellen mit dem Ansatz des PROTECT-Projekts tatsächlich möglich sein könnten“, so White abschließend.

Schlüsselbegriffe

PROTECT, Rossby-Wellen, Wellenleiter, Hitzewelle, Extremwetter, Zirkulationsmuster, saisonal, Vorhersage, planetarische Wellen

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3 Februar 2021