title: Analyse atmosphärischer Vorboten extremer Sommer in Zentraleuropa
title: Analysis of Atmospheric Precursor of Extreme Summers in Central Europe
Creators: name: Träger-Chatterjee, Christine
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Zentraleuropäischer Dürreindex (CEDI)
Zirkulationsanomalie
Globalstrahlung
Grönland - Nordsee - Dipol
extreme summers
Central European Drought Index (CEDI)
Geowissenschaften
El Nino Southern Oscillation (ENSO)
Dürre
extreme Sommer
Nordatlantik-Oszillation
Sonnenstrahlung
El-Niño-Phänomen
Hitze
Greenland - North See - Dipole
Jahreszeitenvorhersage
Telekonnektion
seasonal forecast

description: In der vorliegenden Arbeit werden
      die Eigenschaften extrem heißer und trockener Sommer in
      Zentraleuropa und deren vorhergehender Winter - Frühlings –
      Übergangsperioden analysiert, mit dem Ziel potenzielle
      Vorläufer extremer Sommer in der atmosphärischen Zirkulation
      zu identifizieren. Dabei werden sowohl Wechselwirkungen
      zwischen Landoberfläche und Atmosphäre als auch großräumige
      atmosphärische Zirkulationsregime im Zusammenhang analysiert
      und diskutiert. Die Analyse basiert auf in situ
      Beobachtungen, satellitenbasierten Fernerkundgsbeobachtungen
      und Re-analysedaten. In dieser Arbeit werden extrem heiße und
      trockene Sommer mithilfe der Kombination aus solarer
      Einstrahlung und Niederschlag als zentralem Proxy definiert.
      Die extremsten Sommer hinsichtlich des
      Solarstrahlungsüberschusses und des Niederschlagsdefizites
      wurden gemeinsam mit den jeweils vorhergehenden Winter -
      Frühlings - Übergangsperioden im Untersuchungsgebiet 47°N
      -56°N; 4°E - 15°E (Deutschland und angrenzende Gebiete)
      analysiert. Die Analyse basiert auf regionalen Mitteln der
      akkumulierten Monatsmittel der Winter – Frühlings –
      Übergangsperiode (Februar, März, April – FMA) und der
      Sommerperiode (Juni, Juli, August – JJA) von Solarstrahlung
      und Niederschlag im Untersuchungsgebiet und auf der Analyse
      der saisonalen Anomalien des Geopotenzials in 850 hPa über
      dem Nordatlantik und Europa. Die Modellexperimente anderer
      Autoren für Süd- und Südosteuropa wurden bestätigt: Für die
      extremsten Hitzesommer wurde auch für Zentraleuropa eine
      Dominanz von antizyklonalen Zirkulationsregimen mit dem damit
      verbundenen Solarstrahlungsüberschuss und dem
      Niederschlagsdefizit (im Vergleich zum langjährigen Mittel)
      beobachtet. Zwei der drei extremsten sonnigen und trockenen
      Sommer in Zentraleuropa im Zeitraum 1958 - 2011 wurden
      bereits in der jeweils vorhergehenden FMA Periode mit extrem
      großen positiven Solarstrahlungsanomalien und extrem großen
      negativen Niederschlagsanomalien präkonditioniert. Für
      dieselben Jahre konnte auch eine Präkonditionierung der
      Atmosphäre während der FMA Periode identifiziert werden: ein
      Dipol in der Druckanomalie (Anomalie des Geopotenzials in 850
      hPa), mit einem Zentrum negativer Anomalie über Südgrönland
      und einem Zentrum positiver Anomalie über der Nordsee und
      Fennoskandien. Als ein Maß für die Stärke dieses Dipols wurde
      der neue Grönland - Nordsee - Dipol - Index (GNDI)
      eingeführt. In der Mehrzahl der Jahre mit extrem sonnigen und
      trockenen Sommern überschreitet der GNDI der vorhergehenden
      FMA Periode einen Wert von 20. Ein Zusammenhang mit der NAO
      oder der AO und den extremen Sommern konnte nicht
      festgestellt werden. Einer der als extrem sonnig und trocken
      identifizierten Sommer der Zeitreihe wurde nicht
      präkonditioniert. Jedoch trat im Winter vor diesem Ereignis
      ein extrem starkes El Nino Ereignis auf. Auf der anderen
      Seite gab es ein Jahr mit ungewöhnlich sonniger und trockener
      FMA Periode (Präkonditionierung), auf die aber ein eher
      feuchter Sommer mit durchschnittlicher solarer Einstrahlung
      folgte. Im Winter zuvor trat ein extrem starkes La Nina
      Ereignis auf. Dies führt zu der Schlussfolgerung, dass extrem
      starke ENSO Ereignisse das europäische Klima auf der
      saisonalen Skala beeinflussen können: Starke El Nino
      Ereignisse können extreme Sommer verursachen. Starke La Nina
      Ereignisse können Signale erzeugen, die das Potenzial haben,
      die Verbindung zwischen sonnigen und trockenen FMA Perioden
      und den darauf folgenden Sommern zu stören. Im Kontext extrem
      heißer und trockener Sommer in Zentraleuropa zeigen diese
      Ergebnisse Folgendes: - Zusätzlich zur Dominanz
      antizyklonaler Drucksysteme in der atmosphärischen
      Zirkulation und den Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche
      und Atmosphäre, ist ENSO ein weiterer wichtiger Faktor für
      die Entwicklung extremer Sommer in Zentraleuropa. - Durch
      ENSO ausgelöste Effekte haben das Potenzial die Verbindungen
      zwischen der FMA Periode und dem darauf folgenden Sommer
      bezüglich des Zusammenspiels von atmosphärischer Zirkulation
      und Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre,
      welche für die Entwicklung extrem heißer und trockener Sommer
      verantwortlich sind, zu zerstören. Diese Erkenntnisse werden
      im neu entwickelten Zentraleuropäischen Dürreindex (CEDI)
      zusammengeführt. Mithilfe des CEDI können alle extrem heißen
      und trockenen Sommer der oberen 10% Perzentile und ein der
      extremer Sommer der oberen 20% Perzentile in Zentraleuropa
      richtig "nachhergesagt" werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit
      tragen zu einem besseren Verständnis der Entwicklung extremer
      Sommer in Zentraleuropa bei und sind daher ein wertvoller
      Beitrag zur Verbesserung der sommerlichen
      Jahreszeitenvorhersage für dieses Gebiet. Aufgrund der
      Ergebnisse kann erwartet werden, dass der neu entwickelte
      CEDI einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung eines
      Frühwarnsystems für extrem heiße und trockene Sommer leisten
      kann.
description: In this thesis, the
      characteristics of extremely hot and dry summers in Central
      Europe as well as their preceding winter - spring transition
      seasons are analysed with the aim of identifying potential
      precursor of extreme summers. Therefor large scale
      atmospheric circulation regimes and land surface - atmosphere
      interactions are analysed and discussed in an integrated
      manner. The analysis is based on in situ as well as satellite
      based remote sensing observations and re-analysis data. In
      this thesis extremely hot and dry summers are defined by
      using solar irradiation in combination with precipitation as
      a central proxy. The extreme summer seasons (June, July,
      August - JJA) with regard to solar irradiation excess and
      precipitation deficit are analysed together with their
      preceding winter - spring transition season (February, March,
      April - FMA) in the study area 47°N - 56°N; 4°E - 15°E
      (Germany and adjacent areas). The analysis is based on the
      regional mean accumulated monthly means of FMA and JJA of
      solar irradiation and precipitation over the study area, as
      well as on the seasonal anomaly of geopotential in 850 hPa
      over the North Atlantic and Europe. The findings of other
      authors for southern Europe and southeastern Europe could be
      supported: for the extreme events, a dominance of
      anticyclonic circulation regimes and the associated excess of
      solar irradiation and lack of precipitation (compared to the
      long term average values) is observed also in Central Europe.
      Two out of three of the most extreme sunny and dry summer
      seasons in Central Europe in the time period 1958 - 2011 were
      preconditioned in the preceding FMA seasons with highly
      extreme positive anomalies in solar irradiation and highly
      extreme negative anomalies in precipitation amount. For the
      same years, a preconditioning in the preceding winter -
      spring transition seasons could be identified in the
      large-scale atmospheric circulation: a dipole in the
      atmospheric pressure (geopotential at 850 hPa) was found with
      a center of negative anomaly over southern Greenland and a
      center of positive anomaly over the North Sea and
      Fennoscandia. As a measure of the strength of this dipole,
      the novel Greenland - North Sea - Dipole - Index (GNDI) is
      introduced. In the majority of the years with highly extreme
      sunny and dry summers, the GNDI of the prior FMA season
      exceeds a value of 20. No interlink could be found between
      NAO / AO and extreme summers. One of the summers identified
      as being extremely sunny and dry was not preconditioned.
      However, in the winter prior to this summer an extremely
      strong El Nino event occurred. On the other hand, a year with
      an anomalously sunny and dry FMA season (precondition)
      occurred, which was followed by a rather wet summer with
      close to normal solar irradiation. In the preceding winter to
      that summer an extremely strong La Nina event was observed.
      This leads to the conclusion that extremely strong ENSO
      events can affect European climate on the seasonal scale:
      strong El Nino events can trigger extreme summers. Strong La
      Nina events can induce signals that have the potential to
      disturb the connection between a sunny and dry FMA season and
      the following summer. In the context of extremely hot and dry
      summers in Central Europe, the results of this thesis
      indicate that: - In addition to the dominance of anticyclonic
      systems in the atmospheric circulation and the land surface -
      atmosphere interactions, ENSO is another important driver of
      the development of extreme summers in Central Europe. -
      ENSO-induced effects have the potential to disturb the
      interlink between the FMA season and the following summer
      concerning the interplay of atmospheric circulation and land
      surface - atmosphere interactions, which are responsible for
      the development of extremely hot and dry summers in Central
      Europe. These findings are brought together in the newly
      defined Central European Drought Index (CEDI). Using the CEDI
      all extremely hot and dry summers of the upper 10th
      percentile and one extreme summer of the upper 20th
      percentile in central Europe can be hindcast correctly. The
      results of this thesis contribute to a better understanding
      of the development of extreme summers in Central Europe and
      are thus a valuable contribution to the improvement of summer
      seasonal forecast for this region. The new CEDI is expected
      to have the potential to contribute to the development of an
      early warning system for extremely hot and dry
      summers.