Institut für Meteorologie und Klimaforschung

A6 CyclEx „Veränderungen in der Intensität und Struktur extremer Zyklonen der mittleren Breiten in einem sich erwärmenden Klima“

  • Ansprechpartner:

    PIs: Prof. Dr. Joaquim G. Pinto, Dr. Aiko Voigt
    Researchers: Dr. Hilke Lentink, Lea Rattay

  • Projektgruppe:

    Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK),
    Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

  • Förderung:

    BMBF (ClimXtreme)

Zyklonen der mittleren Breiten sind eine der größten Wettergefahren in Europa. Sie sind verbunden mit starken Winden und Niederschlägen, die zu Windschäden und Überflutungen führen können. Um künftige Wetterrisiken vorhersagen und Anpassungsstrategien entwickeln zu können ist es wichtig zu verstehen, wie die Zyklonen der mittleren Breiten auf den Klimawandel reagieren. Es ist bekannt, dass sich die großräumige atmosphärische Umgebung, in der Zyklonen der mittleren Breiten entstehen, im Rahmen des Klimawandels ändert. Ebenso wird mehr latente Wärme erwartet. Es ist jedoch unklar, welche Auswirkungen diese Aspekte auf Zyklonen haben. Deshalb ist es notwendig, den Einfluss des Klimawandels auf die verschiedenen Sturmmerkmale (z.B. starke Winde) zu untersuchen. Unsere Projektgruppe beschäftigt sich mit den Zyklonen der mittleren Breiten und insbesondere mit Stürmen in Europa und im Atlantik.

CyclEx besteht aus zwei Teilen. Im ersten Teil werden extreme Zyklonen in globalen Klimamodellen (‚global climate models‘ - GCMs) analysiert, im zweiten Teil in idealisierten Simulationen. Die Kombination beider Ansätze ermöglicht es, die Lücke zwischen niedrigaufgelösten Klimamodellen und kleinskaligen Prozessen in hochaufgelösten Simulationen zu schließen. Im Allgemeinen streben wir ein besseres Verständnis (1) der Dynamik von Zyklonen in Bezug auf den Klimawandel, (2) der relativen Auswirkungen von großräumigen und diabatischen Prozesse auf Zyklonen und (3) des Einflusses der Modellauflösung an.

In der ersten Phase von CyclEx werden Zyklonenstatistiken unter heutigen und zukünftigen Klimabedingungen untersucht (A6 – Aufgabe 1). Die Zugbahnen und Anzahl der Zyklonen, wie auch spezielle Eigenschaften (z. B. Spitzenintensität und Intensivierungsraten) werden mit ZYPAK ausgewertet (u.a. Pinto 2005). Zusätzlich werden großräumige Eigenschaften in Bezug auf die Zyklonenentwicklung quantifiziert. Dazu gehören die Lage und Intensität des Jetstream, Temperaturgradienten und Rossbywellenbrechen. Auf der Zyklonen-Skala werden die Auswirkungen diabatischer Prozesse, wie latente Wärme und Strahlung, durch die Druck-Tendenzgleichung („pressure tendency equation“ - PTE) bestimmt (A6-Aufgabe 2). In der ersten Phase versuchen wir die folgenden Fragen zu beantworten: Wie ändern sich die Zyklonenstatistiken unter dem Einfluss des Klimawandels? Wie groß ist die Modellunsicherheit? Wie beeinflussen großräumige und diabatischen Prozesse extreme Zyklone in der Zukunft?

In der zweiten Phase führen wir idealisierte Simulationen mit dem numerischen Wettervorhersagemodel ICON durch (A6 – Aufgabe 3). Auch hier wird die PTE-Diagnostik genutzt, um diabatische Prozesse zu quantifizieren. In den Simulationen werden die Anfangsbedingungen, die auf heutigen und zukünftigen Klimabedingungen beruhen, variiert. Außerdem wird die horizontale Auflösung zwischen 2,5 km und 80 km variiert. Wir stellen die Darstellung und den Einfluss der kleinräumigen diabatischen Prozesse in verschiedenen Modellauflösungen gegenüber und vergleichen sie mit den niedrig aufgelösten GCM Daten aus der ersten Phase. Das erlaubt es uns zu untersuchen, inwieweit die niedrige Auflösung aktueller GCMs zu systematischen Fehlern in der Vorhersage von Zyklonen führt. Außerdem werden die hochaufgelösten ICON-Simulationen bezüglich Fronten, Wind und Niederschlag analysiert. In der zweiten Phase wollen wir die Frage beantworten, wie die Auflösung und das Setup des Models extreme Zyklonen und damit verbundene diabatische Prozesse beeinflusst, und ob das zu systematischen Fehlern in den niedrig auflösenden GCMs führt.

CyclEx trägt zu den Zielen von Module A bei, indem es die wiederkehrenden Erzeugungsprozesse von Windstürmen (WP1), die Darstellung von Extremereignissen unter großräumigen Bedingungen (WP2) und die Quantifizierung der Auswirkungen des Klimawandels auf Stürme (WP3) untersucht. Zusätzlich kooperiert CyclEx innerhalb von ClimXtreme mit anderen Projektgruppen, indem es Wind- und Zugbahndaten an Modul A und C liefert und das von Modul B entwickelte Auswertungstool nutzt.