Variable influence on the equatorial troposphere associated with SSW using ERA-Interim

Sudden stratospheric warming (SSW) events are identified to investigate their influence on the equatorial tropospheric climate. Composite analysis of warming events from Era-Interim (1979–2013) record a cooling of the tropical lower stratosphere with corresponding changes in the mean meridional stratospheric circulation. A cooling of the upper troposphere induces enhanced convective activity near the equatorial region of the Southern Hemisphere and suppressed convective activity in the off-equatorial Northern Hemisphere. After selecting vortex splits, the see-saw pattern of convective activity in the troposphere grows prominent and robust

Katabatische Winde über der Antarktis und die südhemisphärische Zirkulation: eine Analyse von Wechselwirkungen auf verschiedenen Raum- und Zeitskalen

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wird der Zusammenhang zwischen der Aktivität katabatischer Winde in der Antarktis und der südhemisphärischen atmosphärischen Zirkulation untersucht. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Rolle der Variabilität der südhemisphärischen Zirkulation auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen gelegt. Die für das Auftreten starker katabatischer Winde relevanten Mechanismen werden analysiert. Es soll überprüft werden, inwiefern katabatische Winde über den Mechanismus kontinentalskaliger Massenabflüsse aus der Antarktis heraus als fester Bestandteil der südhemisphärischen Zirkulation verstanden werden können. Eine Bedeutung bekommt dabei die Fragestellung, ob sich eine Verbindung zwischen katabatischen Winden und der Stärke eines zirkumpolaren Wirbels in der mittleren Troposphäre nachweisen lässt. Die Erfassung der Variabilität katabatischer Winde im Winter wird ausgehend von Beobachtungsdaten automatischer und bemannter Wetterstationen durchgeführt. Für eine Reihe von Konfluenzzonen des katabatischen Massenabflusses entlang der antarktischen Küste liegen Messzeitreihen des bodennahen Windes in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung für den Zeitraum ab 1980 vor. Zusätzlich kann zur Erfassung der vertikalen Temperaturverteilung auf Radiosondendaten von einzelnen aerologischen Stationen sowie auf operationelle Analysedaten zurückgegriffen werden. Darauf aufbauend kann die katabatische Natur des Massenabflusses durch Betrachtung der antarktischen Bodeninversion belegt werden. Die Verhältnisse die südhemisphärische Zirkulation betreffend werden ausgehend von operationellen Analysedaten erfasst. In einem ersten Schritt wird eine Identifikation katabatischer Massenabflussereignisse innerhalb verschiedener Untersuchungsregionen durchgeführt. Hierzu kommt ein im Rahmen dieser Arbeit entwickeltes objektives Verfahren zur Anwendung, welches auf der Aufstellung eines katabatischen Abflussindizes (KAI) beruht. Die Zusammenhänge zur südhemisphärischen Zirkulation werden mit Hilfe statistischer Methoden untersucht. Es wird zunächst die Rolle von synoptischer Aktivität näher beleuchtet. Es wird gezeigt, dass starke katabatische Winde bevorzugt zu Phasen abgeschwächter Zyklonenaktivität und einer hieraus resultierenden Verstärkung der regionalen Bodeninversion auftreten. Für einzelne Regionen wird darüber hinaus die herausragende Bedeutung von Blockierungen für das Auftreten starker katabatischer Winde nachgewiesen. Die Analyse der mit katabatischen Abflussereignissen einhergehenden Anomalien der großskaligen atmosphärischen Zirkulalation stellt den Schwerpunkt der Arbeit dar. Die Rolle von Zirkulationsvariabilität auf der intrasaisonalen als auch der interannualen Skala werden gesondert beleuchtet. Auf der intrasaisonalen Skala wird die Bedeutung von planetaren Wellen der Zahlen 3 und 4 nachgewiesen. Auf der interannualen Skala dominiert der Einfluss von planetaren Wellen der Zahl 3. Als unterstützende Mechanismen für das Auftreten starker katabatischer Winde werden erhöhter antizyklonaler Einfluss nahe der Abflussregion sowie verstärkte Advektion von Luftmassen aus dem Inneren der Antarktis heraus identifiziert. Darüber hinaus wird für einige Regionen eine Verbindung zur Stärke des zirkumpolaren Wirbels aufgezeigt. Starke katabatische Winde treten dabei bevorzugt zu Phasen eines abgeschwächten Zirkumpolarwirbels auf. Schließlich wird über Zirkulationsindizes die Rolle von großskaligen Zirkulationsanomalien und Telekonnektionen untersucht. Insbesondere für katabatische Abflüsse über die Adélie Küste wird ein deutlicher Zusammenhang zur Antarktischen Oszillation nachgewiesen. Besondere Aufmerksamkeit wird an dieser Stelle den Zugbahnregimen synoptischskaliger Zyklonen gewidmet, welche mit niederfrequenten Zirkulationsanomalien einhergehen können. So lassen die gefundenen Zusammenhänge sich zum großen Teil auf eine meridionale Verschiebung von Zyklonenbahnen zurückführen. Das Auftreten starker katabatischer Winde wird begünstigt durch eine Abschwächung der Zyklonenaktivität nahe der antarktischen Küste. Abschließend kann somit festgestellt werden, dass sich eine Verbindung zwischen katabatischen Winden und der Stärke des zirkumpolaren Wirbels nachweisen lässt. Diese ist im Einklang mit dem bisher anhand von Modellstudien gezeigten Konzept der Wechselwirkung zwischen kontinentalskaligen katabatischen Massenabflüssen und der Variabilität eines obertroposphärischen Wirbels. Auf der anderen Seite muss bei der Interpretation der anhand von Stationsdaten gefundenen Zusammenhänge jedoch vor allem die Rolle von synoptischer Aktivität bedacht werden. Besonders die Zyklonenaktivität ist eng gekoppelt an großskalige und niederfrequente Zirkulationsvariabiliät und kann darüber entscheidenden Einfluss auf die Variabilität katabatischer Winde entlang der antarktischen Küste haben

Analysis of frequency and intensity of European winter storm events from a multi-model perspective, at synoptic and regional scales

This study focuses on the analysis of winter (October-November-December-January-February-March; ONDJFM) storm events and their changes due to increased anthropogenic greenhouse gas concentrations over Europe. In order to assess uncertainties that are due to model formulation, 4 regional climate models (RCMs) with 5 high resolution experiments, and 4 global general circulation models (GCMs) are considered. Firstly, cyclone systems as synoptic scale processes in winter are investigated, as they are a principal cause of the occurrence of extreme, damage-causing wind speeds. This is achieved by use of an objective cyclone identification and tracking algorithm applied to GCMs. Secondly, changes in extreme near-surface wind speeds are analysed. Based on percentile thresholds, the studied extreme wind speed indices allow a consistent analysis over Europe that takes systematic deviations of the models into account. Relative changes in both intensity and frequency of extreme winds and their related uncertainties are assessed and related to changing patterns of extreme cyclones. A common feature of all investigated GCMs is a reduced track density over central Europe under climate change conditions, if all systems are considered. If only extreme (i.e. the strongest 5%) cyclones are taken into account, an increasing cyclone activity for western parts of central Europe is apparent; however, the climate change signal reveals a reduced spatial coherency when compared to all systems, which exposes partially contrary results. With respect to extreme wind speeds, significant positive changes in intensity and frequency are obtained over at least 3 and 20% of the European domain under study (35–72°N and 15°W–43°E), respectively. Location and extension of the affected areas (up to 60 and 50% of the domain for intensity and frequency, respectively), as well as levels of changes (up to +15 and +200% for intensity and frequency, respectively) are shown to be highly dependent on the driving GCM, whereas differences between RCMs when driven by the same GCM are relatively small

Wetterinformationen für die Ausschreibungen von Offshore-Windparks nach dem Gesetz zur Entwicklung und Förderung der Windenergie auf See (WindSeeG)

EnergiewendeFür die erfolgreiche Durchführung der Energiewende ist die Errichtung von Offshore-Windparks in der Ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) Deutschlands ein wichtiger Baustein. Bisher wurden die Windparks in der Deutschen Bucht und in der Westlichen Ostsee durch die jeweiligen Betreiber geplant und die Planung beim Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) als zuständiger Genehmigungsbehörde geprüft. Mit dem Inkrafttreten des WindSeeG ist ein Teil dieser Planungshoheit auf das BSH übergegangen: Nunmehr werden die Flächen, die für die Errichtung von Windparks geeignet sind, öffentlich ausgeschrieben, um den am besten geeigneten Betreiber zu ermitteln. Maßgeblich ist die Höhe der beanspruchten staatlichen Förderung. Vor der Ausschreibung werden die Flächen durch das BSH in Bezug auf Baugrund, Meeresumwelt sowie die vorhandenen Wind- und ozeanographischen Verhältnisse untersucht. Diese Untersuchungen dienen neben der Entscheidung über die Eignung der Fläche insbesondere auch der Gebotsberechnung durch die Bieter. Die erste Ausschreibungsrunde startet im März 2021 mit den Flächen N-3.7, N-3.8 in der Nordsee und O-1.3 in der Ostsee. Für die Kalkulation des Ertrages durch die Bieter sind genaue Informationen über die Windverhältnisse entscheidend. Der DWD koordiniert dazu die Zusammenstellung verschiedener Datenquellen. Hierbei handelt es sich a) um die Messungen des Windprofils in Höhen von etwa 30 m bis 100 m an den Forschungsplattformen in Nord- und Ostsee, FINO1 und FINO2, b) die durch externe Auftragnehmer im Auftrag des BSH durchgeführten einjährigen In-Situ-LiDAR-Messungen auf den Flächen N-3.7 und N-3.8 sowie c) Auswertungen der Daten der Reanalysen COSMO REA6 und ERA5 durch den DWD. Diese Daten sind Grundlage für die Erstellung zusammenfassender Gesamtberichte über die Windverhältnisse in den 3 Flächen nach Stand von Wissenschaft und Technik. Der Vortrag gibt einen Überblick über die rechtlichen Rahmenbedingungen, die für das Ausschreibungsjahr 2021 durchgeführten Untersuchungen sowie einen Ausblick auf die künftigen Herausforderungen

Climate change projections and stratosphere–troposphere interaction

Climate change is expected to increase winter rainfall and flooding in many extratropical regions as evaporation and precipitation rates increase, storms become more intense and storm tracks move polewards. Here, we show how changes in stratospheric circulation could play a significant role in future climate change in the extratropics through an additional shift in the tropospheric circulation. This shift in the circulation alters climate change in regional winter rainfall by an amount large enough to significantly alter regional climate change projections. The changes are consistent with changes in stratospheric winds inducing a change in the baroclinic eddy growth rate across the depth of the troposphere. A change in mean wind structure and an equatorward shift of the tropospheric storm tracks relative to models with poor stratospheric resolution allows coupling with surface climate. Using the Atlantic storm track as an example, we show how this can double the predicted increase in extreme winter rainfall over Western and Central Europe compared to other current climate projection