Institut für Meteorologie und Klimaforschung

Ein neuer Forschungsansatz zur verbesserten Vorhersage von Wetterextremen

Abbildung 1: Ein Bild aus dem Fenster der Wohnung des Autors in Jerusalem während des extremen Kälteeinbruchs "Alexa" und des damit verbundenen Schneefalls. Dies war die teuerste Naturkatastrophe, die jemals im östlichen Mittelmeerraum registriert wurde. Die Metriken des dynamischen Systems stellen möglicherweise einen Vorteil dar, um rechtzeitig vor dieser und anderen Arten von extremen Wetterereignissen zu warnen.

 

Eine möglichst genaue Vorhersage einige Tage im Voraus von Wetter- und Klimaextremen, wie Hitzewellen, Kälteeinbrüche, Starkniederschläge oder Stürme, gilt seit langem als Herausforderung. Selbst auf kürzeren Zeitskalen ist es manchmal schwierig das Ausmaß und das betroffene Gebiet genau vorherzusagen. Deshalb wurden Extremwettereignisse vom „World Climate Research Programm“ als eine der großen Herausforderungen eingestuft. Zudem deuten mehrere Studien darauf hin, dass extreme Temperaturen oder Starkniederschlagsereignisse mit dem Klimawandel häufiger und intensiver werden könnten, was die Relevanz dieses Themas noch mehr verdeutlicht.

Die Fähigkeit, die Entwicklung eines jedes dynamischen Systems (eines Systems, das sich mit der Zeit entwickelt) vorherzusagen, ist abhängig von: 1) seiner Persistenz, was bedeutet, dass ein persistentes System leichter vorhersagbar ist  und 2) der Anzahl der Möglichkeiten, in das/aus dem sich ein System entwickeln kann. Systeme mit einer geringen Anzahl von Entwicklungsmöglichkeiten sind dabei leichter vorhersagbar. Neuere Entwicklungen in der Theorie dynamischer Systeme erlauben es diese Metriken effizient aus Modelldaten zu berechnen. Insbesondere haben mehrere Studien die Durchführbarkeit der Berechnung solcher Metriken für Wettersysteme demonstriert (z.B. Faranda et al., 2017). Im Rahmen dieser Studie wurde die neue Methode für die Vorhersage von extremen Wetterereignissen im östlichen Mittelmeerraum untersucht. Wir fanden heraus, dass das neue Verfahren dabei helfen kann, festzustellen, wie schwierig es sein wird, ein bestimmtes Wetterereignis vorherzusagen (Hochman et al. 2019). Angesichts der kosteneffizienten Berechnung der dynamischen System-Metriken ist zu erwarten, dass es auf der Grundlage dieses Ansatzes möglich sein wird, zeitnahe Wetterwarnungen bereit zu stellen.

Beispielsweise stellten wir fest, dass diese neue, einfache und kostengünstige Methode die Identifizierung der großräumigen Bedingungen unterstützen kann, die zu Schnee-Ereignissen in Jerusalem führen (Abb. 1) - eine ungewöhnliche Gefahr, deren Prognose von den Meteorologen in der Region seit langem als sehr schwierig erachtet wird. Wir gehen davon aus, dass dieser neue Fortschritt dazu beitragen wird, die Extremwettervorhersage im gegenwärtigen und zukünftigen Klima nicht nur für den östlichen Mittelmeerraum (Hochman et al., 2020), sondern auch für andere Regionen zu verbessern.

Referenzen:

Faranda D, Messori G, Yiou P. 2017. Dynamical proxies of North Atlantic predictability and extremes. Scientific Reports 7: 412782017b. https://doi.org/10.1038/srep41278

Hochman A, Alpert P, Harpaz T, Saaroni H, Messori G. 2019. A new dynamical systems perspective on atmospheric predictability: eastern Mediterranean weather regimes as a case study. Science Advances 6(5): 1 – 10. https://doi.org/10.1126/sciadv.aau0936

Hochman A, Alpert P, Kunin P, Rostkier-Edelstein D, Harpaz T, Saaroni H, Messori G. 2020. The dynamics of cyclones in the 21st century; the eastern Mediterranean as an example. Climate Dynamics 54(1-2): 561-574.  https://doi.org/10.1007/s00382-019-05017-3

Assaf Hochman, AG “Regionales Klima und Wettergefahren”