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Sind Gebirgszüge wichtig für die außertropische Umwandlung von Wirbelstürmen?


Abbildung: Potentielle Temperatur (K, schattiert) und geopotentielle Höhe (bis 760 m, gestrichelte Kontur) auf 925 hPa am 19. September 2008 um 12 UTC aus einer Simulation mit (links) und ohne (rechts) Gebirge. Die grauen Linien zeigen die Küstenlinien, graue Gebiete und Dreiecke zeigen Gebirge.

Tropische Wirbelstürme (engl. tropical cyclones, TCs), auch Hurrikane oder Taifune genannt, sind eines der gefährlichsten Naturereignisse der Welt. Wenn sich TCs in Richtung Land bewegen, finden sie in den den Medien wegen ihren zerstörerischen Windgeschwindigkeiten, heftigen Regenfällen und der mit ihnen verbundenen Sturmflut oft besondere Beachtung. Sie können daher einen erheblichen Einfluss auf das Leben haben, insbesondere in den dicht besiedelten Küstengebieten. Manchmal bewegt sich ein TC polwärts aus den Tropen heraus in die mittleren Breiten. Entlang dieser Zugbahn erfährt er eine Abnahme der Meeresoberflächentemperatur, eine Zunahme der vertikalen Windscherung in der Nähe des polaren Starkwindbandes und trifft dabei auf einen großen horizontalen Temperaturgradienten. Aufgrund dieser neuen Umgebungsbedingungen ändern sich auch die Eigenschaften des Sturms von einer typisch tropischen Struktur (z. B. axialsymmetrisch, dominiert durch hochreichende Konvektion) zu einer typisch außertropischen Struktur (z. B. asymmetrisch, Fronten). Dieser Prozess wird als außertropische Umwandlung (engl. extratropical transition, ET) bezeichnet [1] [2]. Das lokale und stromab des Sturms auftretende Wetter während der ET wird oft nicht gut vorhergesagt. Genau diese Kombination aus Wettererscheinungen mit hohem Schadenspotential und geringer Vorhersagbarkeit bildet ein Risiko für die Gesellschaft. ET ist daher eines der Themen, die am IMK-TRO erforscht werden.
Die meisten ET-Ereignisse finden über dem Meer statt, aber einige TCs drehen nach Norden ab und durchlaufen eine ET in Küstenregionen wie z. B. vor Japan, Neuseeland oder der Ostküste der Vereinigten Staaten. Eine solche Entwicklung konnte für Taifun Sinlaku (2008) an der Südküste Japans beobachtet werden. Um den Einfluss der Orographie auf die Entwicklung des Sturms zu untersuchen, wurde Taifun Sinlaku mit einem numerischen Wettervorhersagemodell sowohl mit als auch ohne Gebirge in Japan simuliert [3]. Für die Simulationen wurde das COSMO-Modell mit einer hohen horizontalen Auflösung (2,8 km) verwendet. Im Allgemeinen verhält sich die Orographie wie eine Barriere und blockiert somit den Luftstrom in den unteren Schichten. Luftmassen müssen sich entweder über oder um die Barriere herum verlagern. In der COSMO-Simulation mit Bergen muss die Luft in den unteren Schichten, welche ihren Ursprung in den mittleren Breiten nördlich von Japan hat, die Gebirge umfließen und interagiert daher noch nicht mit Sinlaku (Abb. 1, links). Sobald Sinlaku sich weiter nach Osten von der orographischen Barriere entfernt, strömt die kühlere Luft nach Süden und die ET beginnt. Ohne Orographie kann die kühle Luft aus dem Norden jedoch sofort mit Sinlaku interagieren und die Umwandlung von einem tropischen in ein außertropisches System einleiten (Abb. 1 rechts). Somit verzögert sich die ET in Gegenwart von Orographie. Dies gibt einen neuen Einblick in die komplexe Interaktion, wenn eine ET eines TCs in der Nähe von Land und Orographie stattfindet.

[1] Evans, C., and Coauthors, 2017: The extratropical transition of tropical cyclones. Part I: Cyclone evolution and direct impacts. Monthly weather review, 145, 4317–4344, https://doi.org/10.1175/MWR-D-17-0027.1

[2] Keller, J. H., and Coauthors, 2019: The Extratropical Transition of Tropical Cyclones Part II: Interaction with the midlatitude flow, downstream impacts, and implications for predictability. Monthly weather review (in press). https://doi.org/10.1175/MWR-D-17-0329.1

[3] Lentink, H. S., Grams, C. M., Riemer, M., Jones, S. C, 2018: The effects of orography on the extratropical transition of tropical cyclones: a case study of Typhoon Sinlaku (2008). Monthly weather review, 146, 4231–4246. https://doi.org/10.1175/MWR-D-18-0150.1

[Arbeitsgruppe: Regionales Klima und Wettergefahren]