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Ruth Lorentz
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Zyklonen in der Framstraße - Framstraße - innere Arktis Burghard

DMG-Rheinland Fortbildungsveranstaltung Polare Meteorologie Köln

Zyklonenstatistik für die Arktis (Affeld, 2003) ECMWF analyses

- Wärme- und Feuchtetransport in die Arktis: transiente Wirbel

Framstraße Framstraße Time resolution: 6 h, horizontal

Area: >60ºN; 300 km 300 km squares for statistics Cyclone

8) Mean cyclone life time: ~ 1.5 days Studien von Serreze et al.

1 Zyklonen der Arktis Inhalt: 1. Zyklonenbedeutung 2. Zyklonenstatistik 4. Zyklonen in der Framstraße - Framstraße - innere Arktis Burghard Brümmer Meteorologisches Institut Universität Hamburg DMG-Rheinland Fortbildungsveranstaltung Polare Meteorologie Köln Zyklonenbedeutung 2. Zyklonenstatistik für die Arktis (Affeld, 2003) ECMWF analyses for 1/ /2000 (22 years) used. - Wärme- und Feuchtetransport in die Arktis: transiente Wirbel liefern ma. Beitrag - Wirkung auf das Meereis: dynam. und thermodyn. Antrieb - Wirkung an speziellen Orten: z.b. Framstraße Framstraße Time resolution: 6 h, horizontal resolution: degrees. Area: >60ºN; 300 km 300 km squares for statistics Cyclone detections per map: 6.5 (Winter: 5.2; Summer 7.8) Mean cyclone life time: ~ 1.5 days Studien von Serreze et al. (2008) mit NCEP und von Haller (2008) mit ERA-40 bestätigen die Ergebnisse. 2. Zyklonenstatistik für die Arktis 2. Zyklonenstatistik für die Arktis Detections per Year, 22 Years Mean annual cycle Detections per month, 22 Years (Affeld, 2003) Winter (Nov. Apr.) Main cyclone activity over open sea Summer (May Oct.) Main cyclone activity over sea ice

2 Arctic cyclone statistics from Serreze and Barrett, 2008 ERA-40: Sea level pressure Wintermittel (D,J,F) 2 Druckminima Druckminima in 45 Wintern Island-ofoten-Inde: p (k) p IO = σ p p I (k) pi σ pi Inde-Zeitreihe Druck-Anomalien ofoten NAO-Muster (zonal) ID-Muster (meridional) Island ID-Muster ID-Muster Auswirkung auf Meereisdrift v Auswirkung auf 2 m Temperatur u Auswirkung auf Meereis-Konzentration u-komponente v-komponente

Eistransport durch die Framstraße in Abhängigkeit von Zyklonenposition (aus

änge Beaufort- Wirbel Framstraße Transpolare Drift geogr.

4. Zyklonen in der Framstraße Modellstudie: (Schröder, 2005) Häufigste Zugbahnen I

Framstr. Aufenthaltsdauer im Rechteck 1 Tag II Sensitivität bzgl.

(F) Damocles 2007 (D) Damocles 2008 (D) D D A F I Fragen: Zykloneneigenschaften?

Mess-Methoden Cyclone passage through the Fram Strait and ice drift loop South

3 4. Zyklonen in der Framstraße 4. Zyklonen in der Framstraße Mittlere Eisdrift Eisdrift durch Framstraße Framstraße Eistransport durch die Framstraße in Abhängigkeit von Zyklonenposition (aus Ozean/Eismodell NAOSIM angetrieben mit ECMWF-Analysen) geogr. änge Beaufort- Wirbel Framstraße Transpolare Drift geogr. Breite ~ 3000 km 3 pro Jahr im Mittel 1000 = mittlerer Eistransport Affeld (2003) 4. Zyklonen in der Framstraße Modellstudie: (Schröder, 2005) Häufigste Zugbahnen I Künstliche Zyklone (R= 300km, dp=5hpa) zieht mit konstanter Geschwindigkeit durch Framstr. Aufenthaltsdauer im Rechteck 1 Tag II Sensitivität bzgl. Zugbahn II ocations of field campaigns: ABSIS 2003 (A) OFZY 2005 () FRAMZY 2007 (F) Damocles 2007 (D) Damocles 2008 (D) D D A F I Fragen: Zykloneneigenschaften? Wirkung auf das Eis? Mess-Methoden Cyclone passage through the Fram Strait and ice drift loop South North moving cyclone on 13 March 1993 Falcon, 2007 Greenland Spitsbergen N Cyclone causes loop in ice motion Cyclone Path Aranda, 2003 PAWS, 2008 CAIB, 2007 Wind Factor r = U ice / U geostr [%] Buoy Before Cyclone After Passage

4 Cyclone passage through the Fram Strait and increased ice drift Ice drift speed from CAIB buoys Eisdrift um ein Tief: - aus Calib-Bojen (grüne Pfeile) - aus Radarsat- Aufnahmen (gelbe Pfeile) Bojenarray Trägheitsschwingung des Eises ausgelöst durch Zykonenpassage am Trägheitsschwingung und ihre Wirkung uftdruck u- Drift v-drift Divergenz Eiskonzentration Conditions for an inertial oscillation ow-level Falcon flight through front over Fram Strait sea ice only at the right side of cyclone track Cyclone propagation resonant forcing of clockwise rotation in 12 h cyclone with a strong pressure gradient

5 Deployment locations in 2007 and 2008 Sep Oct.2008 April 2008 April months (April - Sept.) ice drift Melt period: 10 June 26 Aug = 77 days A M J J A S O N 2008 Pressure comparison 2007: Buoys vs. Model Interior Arctic 29 April 15 May 12 June Apr-Dec ECMWF good agreement between models and buoys best correlation holds for HIRAM 26 June 9 July 3 Aug. Apr-Nov DWD May-Aug HIRAM 6 strong wind events with FF> 9 m/s in Damocles 2008 buoy array (5 cases show almost the same synoptic situation: a cyclone near North pole)

1 Spatial correlation 16 buoys 1 2 3 4 Musterübereinstimmung 0 Pressure comparison ECMWF CAIB buoys Case 1: Between and H r = 0.997 Case 2: ow in array r = 0.

Messungen in Zyklonen Vergleich der Vertikalstruktur Falcon Temp Speed DWD FRAMZY 2007: 8 Flüge in Zyklonen Temp Speed T-,FF- Vertikalstruktur unzureichend in

: Sommer über Eis, Winter über Nordostatlantik Nordatlantische Tiefdruckrinne: - stark/schwach NAO - überlagerte ID beeinflusst NO-Atlantik: T, Eis Zyklonen in

Framstraße und innerer Arktis - Zykloneneigenschaften und -wirkungen - Eisdrift: Schleife, Beschleunigung, zyklonale Umströmung, Trägheitsschwingung - markante

6 1 Spatial correlation 16 buoys Musterübereinstimmung 0 Pressure comparison ECMWF CAIB buoys Case 1: Between and H r = Case 2: ow in array r = Average Bias all 16 buoys -2 1 Stand. Dev. of 16 individual biases H 0 April May June May UTC 18 May UTC Temp Speed 5. Messungen in Zyklonen Vergleich der Vertikalstruktur Falcon Temp Speed DWD FRAMZY 2007: 8 Flüge in Zyklonen Temp Speed T-,FF- Vertikalstruktur unzureichend in Modellanalysen ECMWF 7. Zusammenfassung Zyklonenstatistik: - Jahresgang: Ma. im Sommer - age des Ma.: Sommer über Eis, Winter über Nordostatlantik Nordatlantische Tiefdruckrinne: - stark/schwach NAO - überlagerte ID beeinflusst NO-Atlantik: T, Eis Zyklonen in Framstraße: - starke Wirkung auf Eisdrift - empfindlich abhängig von Zyklonenort und -zugbahn Beobachtungen von Zyklonen: - Flugzeug, Schiff, Bojen - in Framstraße und innerer Arktis - Zykloneneigenschaften und -wirkungen - Eisdrift: Schleife, Beschleunigung, zyklonale Umströmung, Trägheitsschwingung - markante Fronten mit starken Kontrasten Vergleich mit operationellen Modellen: - Druckkorrelation i.a. gut - Zyklonenorte nicht eakt (unterschiedliche Konsequenzen für innere Arktis und Framstraße) - Defizite bei Vertikalstruktur von Temp. und Wind

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