Synoptische und dynamische Aspekte tropisch-extratropischer Wechselwirkungen: Drei Fallstudien von Hitzetiefentwicklungen über Westafrika während des AMMA-Experiments 2006

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den synoptischen und dynamischen Aspekten von Hitzetiefentwicklungen während obertroposphärischer Austrogungen aus den Extratropen in Richtung des tropischen Westafrikas. Im Rahmen des AMMA-Projektes (Afrikanischer Monsun - Multidisziplinäre Analysen) fand im Jahr 2006 in mehreren Ländern Westafrikas eine geophysikalische Feldmesskampagne statt, deren Umfang an gewonnenen Daten hinsichtlich Vielfältigkeit, räumlicher und zeitlicher Dichte einzigartig ist. Daher werden in der vorliegenden Arbeit Ereignisse von tropisch-extratropischen Wechselwirkungen (TEW) untersucht, welche in dem Kampagnenjahr auftraten, wobei die Monate in der Trockenzeit und in den Übergangsjahreszeiten im Fokus stehen. Mittels einer subjektiven Identifikationsmethode wurden für das Jahr 2006 140 Tage mit einer Wolkenfahne (engl.: Tropical Plume, TP) als sichtbares TEW-Merkmal identifiziert und zu 29 Ereignissen zusammengefasst. Folgende drei TEW-Fälle wurden für die detaillierte Untersuchung der Wechselwirkungsmechanismen ausgewählt. Das erste Ereignis (06.-18. Februar 2006) kann als Fall einer Hitzetiefentwicklung über Nordbenin, Westniger und -nigeria und dem Osten Burkina Fasos und außergewöhnlich starken Niederschlägen entlang der Guineaküste bezeichnet werden. Der zweite Fall (19.-30. Mai 2006) umfasst ein Ereignis in der Übergangsphase von der Trocken- zur Monsunzeit mit einer in den Satellitenbildern gut sichtbaren TP über Westafrika und einer beobachteten Hitzetiefentwicklung über Burkina Faso und Mali. Beide Hitzetiefentwicklungen wurden mit einer erweiterten Form der Drucktendenzgleichung untersucht. Neben den ERA-Interim-Daten standen für die Untersuchung des zweiten Falles die AMMA-Reanalysen zur Verfügung. Dieser Datensatz beinhaltet neben den regulären Analyse- und Vorhersageparametern die Heizraten infolge subgitterskaliger, diabatischer Prozesse, wodurch deren Einfluss auf die Entwicklung des Bodendruckes direkt berechnet werden konnte. Dadurch konnte nachgewiesen werden, dass die diabatischen Heizprofile - sofern nicht vorhanden - als Residuum grundsätzlich aus den anderen Termen der Drucktendenzgleichung berechnet werden dürfen. Der Beginn der Hitzetiefentwicklung ist bei beiden Fällen auf eine thermodynamisch angetriebene Massendivergenz über ein oder zwei Tage zurückzuführen, welche von Warmluftadvektion dominiert wird. Darauf folgt eine dynamisch angeregte Massenkonvergenz oder -divergenz. Auch der Druckanstieg ist in beiden Fällen auf einen thermodynamischen Antrieb zurückzuführen. So dominiert Kaltluftadvektion gegenüber den Effekten der diabatischen Prozesse und der Vertikalbewegung und führt zu einer horizontalen Kontraktion und somit zu Massenkonvergenz. Der dritte Fall einer TEW vom 18. bis 30. Mai 2006 ist charakterisiert durch die Verlagerung eines subsaharischen Bodentiefs südlich von 20°N nach Nordost bis 30°N, einer AEW (engl.: African Eastery Wave) in der mittleren Troposphäre und einem subtropischen Höhentrog mit einer kompakten Wolkenfahne an dessen Ostflanke. In der bodennahen Schicht und mitteltroposphärisch an der Ostseite des AEW-Troges wird feuchte Luft in einem antizyklonalen Bogen von Süden über die Sahara bis an die Mittelmeerküste Marokkos und Algeriens transportiert und bis in 400 hPa gehoben. Dadurch wird die zu dieser Jahreszeit vorherrschende Harmattanströmung über der Sahara und dem nördlichen Sahel unterbrochen. Ab dem 22. Mai 2006 ist an der Westseite des subtropischen Teils der TP eine Leezyklogenese zu sehen. Die zunehmende Labilisierung der atmosphärischen Schichtung durch trogrückseitige Kaltluftadvektion in der Höhe und anhaltende trogvorderseitige Feuchteflusskonvergenz führt im Bereich der Zyklone und der TP über Nordwest-Marokko und Algerien in den darauf folgenden Tagen zur Auslösung von Feuchtkonvektion und Niederschlag. Ab dem 23. Mai zieht sich das Bodentief wieder nach Süden zurück und füllt sich langsam auf, was auf die bodennahe Advektion von kühler Luft zurückzuführen ist. Die Präsentation dieses Falles zeigt die Komplexität der Wechselwirkungsmechanismen zwischen der mittel- und untertroposphärischen, tropischen und der obertroposphärischen, extratropischen Zirkulation und deren verschiedene Erscheinungsformen, welche während eines einzelnen Ereignisses auftreten können. Bisher ist eine Vielfältigkeit dieser Art im Rahmen von Fallstudien noch nie gezeigt worden. Die Ergebnisse der Untersuchungen der ersten beiden Hitzetiefentwicklungen mit Hilfe der Drucktendenzgleichung tragen zu einem besseren Verständnis der Mechanismen bei, welche die Entwicklung von Hitzetiefs über Westafrika bestimmen. Das bedeutet, dass die Erweiterung der Drucktendenzgleichung und die gewonnenen Ergebnisse für diese zwei Fälle eine gute Perspektive für weitere Studien darstellen

Diagnosing the influence of diabatic processes on the explosive deepening of extratropical cyclones

A novel version of the classical surface pressure tendency equation (PTE) is applied to ERA-Interim reanalysis data to quantitatively assess the contribution of diabatic processes to the deepening of extratropical cyclones relative to effects of temperature advection and vertical motions. The five cyclone cases selected, Lothar and Martin in December 1999, Kyrill in January 2007, Klaus in January 2009, and Xynthia in February 2010, all showed explosive deepening and brought considerable damage to parts of Europe. For Xynthia, Klaus and Lothar diabatic processes contribute more to the observed surface pressure fall than horizontal temperature advection during their respective explosive deepening phases, while Kyrill and Martin appear to be more baroclinically driven storms. The powerful new diagnostic tool presented here can easily be applied to large numbers of cyclones and will help to better understand the role of diabatic processes in future changes in extratropical storminess

Meteorological characteristics and potential causes of the 2007 flood in sub-Saharan Africa

In August and September 2007 media and aid organizations reported on a severe flood in large parts of sub-Saharan Africa caused by a sequence of extreme rain events. However, the reporting was partly controversial and much was speculated about how unusual the flood event was. Here, we analyse various observational data sets in order to assess and to compare the spatio-temporal characteristics and intensity of the flood and the associated rain events. The return times are estimated from daily precipitation time series at fine spatial resolution, and the potential causes are disclosed in a global and regional context. Satellite data reveal that the flood was not large scale but confined to the main river basins in sub-Saharan West Africa. Nonetheless, abundant rainfall prevailed over large parts of Western Africa extending north into the Western Sahara, particularly during the second half of August and the beginning of September 2007. In detail, various precipitation data sets differ considerably in terms of the monthly anomalies, demonstrating the difficulty to delineate meteorological extreme events even at a sub-continental scale and during the most recent past. Return times typically range between 1 and 50 years with high spatial heterogeneity but amount to 1200 years in the regional mean over the Upper Volta Basin. Among the potential causes we identify a La Nina event in the tropical Pacific, anomalous heating in the tropical Atlantic coming along with a greater depth of the monsoonal westerlies, and enhanced activity of African easterly waves, both evident in 2-6 day zonal wind and outgoing longwave radiation variance anomalies. Copyright. (C) 2010 Royal Meteorological Societ