Atmosphärische Zirkulation und Klimawandel

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1 Atmosphärische Zirkulation und Klimawandel Prof. Dr. Jucundus Jacobeit Institut für Geographie Universität Augsburg

2 Mittlere monatliche Luftdruckverteilung im europäischen Raum bei verschiedenen Phasen der Nordatlantischen Oszillation (NAO) 70.0 Luftdruckfeld bei positiver Phase der NAO (Beispiel Januar 1984) 60.0 T Januar NAO H Luftdruckfeld bei negativer Phase der NAO (Beispiel Januar 1963) 70.0 Hupfer & Jacobeit 2003 Nationalatlas BRD Januar H NAO T

3 Winterliche Temperaturabweichungen ( C) bei positiver Phase der NAO (> 1 Standardabweichung über mittlerem Index) Appenzeller et al. 2000

4 Atmosphärische Zirkulation im - historischen Klimawandel - rezenten Klimawandel - künftigen Klimawandel

5 Temperaturverlauf in Mitteleuropa in den letzten 1000 Jahren Mittelalterliches Wärmeoptimum Modernes Klimaoptimum Übergangsphase Kleine Eiszeit Glaser 2001

6 Grundlegende winterliche Zirkulationsmuster im ostatlantisch-europäischen Raum (basierend auf rekonstruierten monatlichen Luftdruckfeldern) W RH L W: westliches Strömungsmuster RH: Russland-Hoch-Muster L: Ostatlantik-Tief-Muster Jacobeit et al. 2001

7 70 SLP c: Mode RH west 70 Jan L H H d: Mode RH east H H 40 L

8 W L RH RH west 4 0 RH east Häufigkeitsschwankungen der Zirkulationsmuster Januar Jacobeit et al. 2003

9 Interne Änderungen der January winterlichen Mode WWestlage seit Vorticity r= Int Intensität r= T -2-3 N R Jacobeit et al. 2003

10 SLP 70 a: Mode W 70 Juli 60 L 60 L H 40 H b: Mode CY L 60 L H 40 H

11 SLP 70 c: Mode AR 70 Juli H 40 H d: Mode CR L 60 L H

12 Häufigkeitsschwankungen der Zirkulationsmuster Juli W: westl. Strömungsmuster AR: atlantischer Rücken CY: zyklonales Aktionszentrum CR: kontinentaler Rücken Jacobeit et al. 2003

13 nach-kleineiszeitliche Entwicklung

14 Jahresmittel der globalen Lufttemperatur Anomalien bezogen auf das Mittel Climatic Research Unit

15 Positive Phase der Antarktischen Oszillation (AAO) 700 hpa Niveau (gpm-anomalien) Climate Prediction Center

16 AAO-Index 1850 bis 2004 mit gefilterten Werten (10-jähriger Gauß-Tiefpassfilter, rot/blau) sowie kumulativen Anomalien (grün) 3 Januar Januar 3 April Juli Juli 3 Oktober Rathmann 2008

17 Positive Phase der Nordatlantischen Oszillation (NAO) 500 hpa Niveau (gpm-anomalien) Climate Prediction Center

18 The December to March North Atlantic Oscillation Index Hurrell et al. 2003

19 NAO-Index Winter basierend auf den Luftdruck-Rekonstruktionen von Luterbacher et al. (2002) Jacobeit 2011

20 Jacobeit et al. 2007

21 hpa Niveau 20.1% 1000 hpa Niveau Precipitation anomaly [mm] r = 0.72 mit NAO Niederschlag 30.4% Mediterrane Oszillation (MO) first canonical correlation patterns for winter Dünkeloh & Jacobeit 2003

22 W-CCP1 r = 0.92 Geopotential heights Precipitation Interval means of geopotential heights Geglättete Zeitkoeffizienten des Mediterranen Oszillations-Musters im Winter

23 Winter (DJF) Cluster 6 SLP (hpa) centroid pattern Associated mean temperature anomalies [K] seasonal cluster frequency (SCF) normalised cumulative anomalies of SCF linear trend of SCF significant trend (95% level) Philipp et al. 2007

24 Winter (DJF) Cluster 1 Cluster 4 Cluster 5 SLP (hpa) centroid pattern Associated mean temp. anomalies [K]

25 significant trend (95% level)

26 % of extreme/normal days for each SLP Cluster DJF extreme precipitation Jacobeit et al. 2009

27 nach Jones & Lister (2009) haben sich im Laufe des 20. Jahrhunderts winterliche Zirkulationsmuster in ihren Eigenschaften wie folgt verändert: 8 von 9 wärmer 2 von 9 feuchter 2 von 9 trockener

28 Daily MSLP Cluster Classification Winter (DJF) Cluster centroid # days (=14%) Cluster centroid # days (=12%) Cluster centroid # days (=10%) Cluster centroid # days (=13%) Cluster centroid # days (=11%) Cluster centroid # days (=10%) Cluster centroid # days (=12%) Cluster centroid # days (=11%) Cluster centroid # days (=08%) Philipp et al. 2007

29 significant trend (95% level) significant trend (95% level) Summer (JJA)

30 % of extreme/normal days for each SLP Cluster JJA extreme precipitation Jacobeit et al. 2009

31 Summer (JJA) Cluster 1 SLP (hpa) centroid pattern Associated mean temperature anomalies [K] seasonal cluster frequency (SCF) normalised cumulative anomalies of SCF linear trend of SCF

32 Summer (JJA) Cluster 4 SLP (hpa) centroid pattern Associated mean temperature anomalies [K] seasonal cluster frequency (SCF) normalised cumulative anomalies of SCF linear trend of SCF

33 nach Jones & Lister (2009) haben sich im Laufe des 20. Jahrhunderts sommerliche Zirkulationsmuster in ihren Eigenschaften wie folgt verändert: 3 von 6 wärmer 1 von 6 feuchter 1 von 6 trockener

34 Daily MSLP Cluster Classification Summer (JJA) Cluster centroid # days (=20%) Cluster centroid # days (=16%) Cluster centroid # days (=19%) Cluster centroid # days (=16%) Cluster centroid # days (=16%) Cluster centroid # days (=12%) Philipp et al. 2007

35 zukünftige Entwicklung

36 NAO-Index Ensemblemittel aus ECHAM5-OM1-Simulationen für die IPCC-Szenarien B1, A1B und A2 normalisierte Bodenluftdruckdifferenz zwischen den Gebieten (0-40 W, N) und (0-40 W, N), 11-jährige gleitende Mittel Pinto et al. 2007

37 Projections of the 11-year low-pass filtered multi-model mean time series for the large-scale circulation modes SAM, NPI, NAM, NAO for emission scenarios B1, A1B, and A2 Paeth & Pollinger 2010

38 Portion of variance related to model uncertainty anthropogenic radiative forcing (scenario A1B) differences in the time response during the period internal variability (complementary percentage up to 100% ) for the circulation modes NPI, NAO, NAM, SAM Paeth & Pollinger 2010

39 Difference in baroclinic wave activity (MSLP, 1/10 hpa) between (A1B scenario) and Values over high ground (>1000 m MSL) are omitted Ulbrich et al. 2008

40 Cyclone track statistics ECHAM5 ensemble averages, A1B scenario, minus cyclone track density (cyclone days/winter) cyclone intensity Pinto et al. 2007

41 Änderung der geopotentiellen Höhen (gpm) im 1000 hpa Niveau als Reaktion auf Übergänge des Meereises in der Barents Kara-See von 100%-80%, 80%-40% und 40%-1% (Februar, Echam5-Simulation) Petoukhov & Semenov 2010

42 Wz: West zyklonal Auftrittshäufigkeit von Großwetterlagen zwischen 1991 und 2050, Winter HM: Hoch Mitteleuropa und BM: Hochdruckbrücke Mitteleuropa Gerstengarbe & Welzer 2013

43 Wz: West zyklonal Auftrittshäufigkeit von Großwetterlagen zwischen 1991 und 2050, Sommer HM: Hoch Mitteleuropa und BM: Hochdruckbrücke Mitteleuropa Gerstengarbe & Welzer 2013

44 Veränderungen grundlegender Zirkulationsmuster: Vergleich ihrer Zeitkoeffizienten zwischen erstem und letztem Jahrzehnt im 21. Jahrhundert unter Verwendung von Output des britischen Klimamodells HadCM3 (Szenario A1B)

45 Zirkulationsmuster (500 hpa) Sommer Zeitkoeffizient Abnahme Zunahme

46 Zirkulationsmuster (500 hpa) Winter Zeitkoeffizient Zunahme Abnahme

47 mutmaßliche Zirkulationsänderungen in Europa bei fortschreitender globaler Erwärmung: im Winter häufiger NAO + und seltener NAO im Sommer häufiger antizyklonale und seltener zyklonale Wetterlagen

48 Atmosphärische Zirkulation und Klimawandel Prof. Dr. Jucundus Jacobeit Institut für Geographie Universität Augsburg