Statistische Untersuchung der Veränderung von Großwetterlagen im Zusammenhang mit der klimatischen Erwärmung am Beispiel der Klimastation Aachen

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1 Statistische Untersuchung der Veränderung von Großwetterlagen im Zusammenhang mit der klimatischen Erwärmung am Beispiel der Klimastation Aachen DACH 7, Meteorologentagung 7, Hamburg, Deutschland, September Dr. Rainer Jonas Mühlenstr Schenefeld Zusammenfassung Der Beginn der Temperaturmessungen an der Wetterstation Aachen geht bis auf das Jahr 1829 zurück. Es wird eine Korrelationsanalyse der Monatsmitteltemperaturen für die Sommer- und Wintermonate (Januar, Februar, Juni, Juli, August und Dezember) durchgeführt. Die Analyse der Daten zeigt eine signifikante Zunahme der Monatsmitteltemperaturen insbesondere für die Monate Januar, Dezember und Juli. Betrachtet man das Datenkollektiv ab 1871, so ist auch für den Monat August eine signifikante Zunahme der Monatsmitteltemperaturen festzustellen. Die Daten für die Wetterstation Aachen und die Häufigkeitsverteilung der Großwetterlagen nach Hess/ Brezowsky zeigen einen Zusammenhang zwischen dem Anstieg der Monatsmitteltemperaturen in den Hochsommermonaten Juli und August und der Zunahme von Hochdruckwetterlagen und Wetterlagen mit südlicher Windkomponente. 1. Einleitung Der Beginn der Temperaturmessungen an der Wetterstation Aachen geht bis auf das Jahr 1829 zurück. Es wird eine Korrelationsanalyse der Monatsmitteltemperaturen für die Sommer- und Wintermonate (Januar, Februar, Juni, Juli, August und Dezember) durchgeführt. Die Wetterstation befindet sich auf einem Hügel (Wingertsberg) im Norden der Stadt in einem Parkgelände in einer Höhe von 2 m ü. NN, wobei eine Beeinflussung des Klimas durch die städtische Bebauung insbesondere im Winter bei Winden mit südlicher Anströmung gegeben ist. Aufgrund der westlichen Lage herrscht in Aachen ein subatlantisches Klima mit im Vergleich zu sonstigen mitteleuropäischen Stationen verhältnismäßig milden Wintern und kühlen Sommern. Die Nähe der Eifel kann im Herbst und Winter insbesondere bei antizyklonalen Südlagen einerseits zu föhnartigen Absinkeffekten und damit zu einer Erwärmung, andererseits bei Nordwestlagen und Nordlagen zu verstärkten Niederschlägen (Steigungsregen) führen. 2. Untersuchung der Zunahme der Monatsmitteltemperaturen in den Sommerund Wintermonaten Die Auswertung der Daten für die 1829 bzw. 183 bis 6/7 zeigt bei Zugrundelegung einer statistischen Sicherheit von 95 % bis über 99,9 % für die Monate Januar, Juli, August und Dezember einen signifikanten Anstieg der Monatsmitteltemperaturen (Abb. 1 bis Abb. 4). Die verhältnismäßig geringe Zunahme der Monatsmitteltemperatur im August (Signifikanzschwellenniveau von nur 95 %) ist insbesondere auf den warmen August 1834 zurückzuführen. Für die Monate Juni

2 und Februar ergibt sich keine signifikante Zunahme der Monatsmitteltemperatur, so dass eine weitere Betrachtung entfällt. Monatsmittelwerte Januar, R=, Temperatur [Grad Celsius] Abb. 1 : Zunahme der Monatsmitteltemperaturen an der Wetterstation Aachen für den Monat Januar (R: Korrelationskoeffizient) Monatsmittelwerte Juli, R=, Temperatur [Grad Celsius] Abb. 2 : Zunahme der Monatsmitteltemperaturen an der Wetterstation Aachen für den Monat Juli (R: Korrelationskoeffizient)

3 Monatsmittelwerte August, R=, Temperatur [Grad Celsius] Abb. 3 : Zunahme der Monatsmitteltemperaturen an der Wetterstation Aachen für den Monat August (R: Korrelationskoeffizient) Monatsmittelwerte Dezember, R=, Temperatur [Grad Celsius] Abb. 4 : Zunahme der Monatsmitteltemperaturen an der Wetterstation Aachen für den Monat Dezember (R: Korrelationskoeffizient)

4 4. Untersuchung der Zunahme warmer Wetterlagen Die Großwetterlagen in Mitteleuropa werden erst seit dem Jahr 1881 nach Hess/ Brezowsky /1/, /2/ katalogisiert. Um eine mögliche Veränderung der Großwetterlagen im Zusammenhang mit der klimatischen Erwärmung zu untersuchen, wurde auch der Zeitraum 1881 bis 6/7 betrachtet. Auch für den Zeitraum 1881 bis 6/7 ist an der Wetterstation Aachen ein signifikanter Anstieg der Monatsmitteltemperaturen für die Monate Januar, Juli, August und Dezember zu beobachten. Die statistische Sicherheit für diese Aussage beträgt 99 % für den Monat Januar, 99 % bis 99,9 % für die Monate Juli und Dezember und mehr als 99,9 % für den August. Es wird die Summe der Häufigkeiten derjenigen Wetterlagen für die Monate Januar, Juli, August und Dezember gebildet, bei denen gemäß Hess/ Brezowsky überdurchschnittliche Monatsmitteltemperaturen auftreten können (sogenannte Wärmeindices). Der Wärmeindex wird durch die Summe derjenigen Wetterlagen bestimmt, bei denen der Korrelationskoeffizient zwischen der Summe der Wetterlagen und der Monatsmitteltemperatur maximal wird. Es ergeben sich hohe Korrelationskoeffizienten von etwa,7. Dies bedeutet bei mehr als 1 Werten eine deutliche Überschreitung des Signifikanzschwellenniveaus von 99,9 %. Die für die Wintermonate Dezember und Januar gebildeten Wärmeindices bestehen aus der Summe der Häufigkeit der Großwetterlagen WS (südliche Westströmung), WW (winkelförmige Westlage), WA (Westlage antizyklonal), WZ (Westlage zyklonal), SWZ (Südwestlage zyklonal), SWA (Südwestlage antizyklonal), TB (Tief über den britischen Inseln), TRW (Trog über Westeuropa), SA (Südlage antizyklonal), SZ (Südlage zyklonal), SEZ (Südostlage zyklonal), NWZ (Nordwestlage zyklonal, nur Monat Januar), NWA (Nordwestlage antizyklonal) in einem Monat. Die Auswertung für den Zeitraum 1881 bis 6/7 zeigt, dass der Korrelationskoeffizient zwischen dem Wärmeindex und den n für den Monat Januar mit einer statistischen Sicherheit zwischen 95 % und 99 % als signifikant zu betrachten ist (Abb. 5). Bezüglich der Signifikanz der Temperaturzunahme in diesem Monat wird für den Zeitraum 1881 bis 6/7 das Signifikanzschwellenniveau von 99 % erreicht. Für den Dezember kann keine positive Korrelation zwischen dem Wärmeindex und den n festgestellt werden, obwohl ein signifikanter Zusammenhang hinsichtlich der Monatsmitteltemperatur besteht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es zwischen den n 19 und 19 zu einem Anstieg der Häufigkeit von zonalen Wetterlagen (Westwindwetterlagen) gekommen ist, ohne dass die Mitteltemperaturen in späteren n, z.b. 1974, erreicht wurden (Abb. 6), (Abb.4).

5 Zunahme "warmer Wetterlagen" im Monat Januar (R=,18) Warme Wetterlagen in Prozent Abb. 5: Zunahme warmer Wetterlagen im Monat Januar (R: Korrelationskoeffizient) "Warme Wetterlagen" im Monat Dezember Warme Wetterlagen in Prozent Abb. 6: Warme Wetterlagen im Monat Dezember Dies bedeutet, dass aus statistischer Sicht die Zunahme der Monatsmitteltemperatur für den Dezember nicht mit einer Veränderung der Großwetterlagen (Zunahme der Häufigkeiten von Wetterlagen aus dem Windrichtungssektor Südost bis West) in Zusammenhang zu bringen ist. Für den Monat Januar deutet sich ein Zusammenhang an, wobei zukünftige Daten eine Klärung bringen können. Ein eindeutiges Bild ergibt sich hingegen für die Sommermonate Juli und August: Die zwischen den Wärmeindices und den n gebildeten Korrelationskoeffizienten

6 sind mit einer statistischen Sicherheit von etwa 99,9 % in beiden Fällen als signifikant zu betrachten (Abb. 7 und Abb. 8). Zunahme "warmer Wetterlagen" im Monat Juli (R=,28) Warme Wetterlagen in Prozent Abb. 7: Zunahme warmer Wetterlagen im Monat Juli (R: Korrelationskoeffizient) Zunahme "warmer Wetterlagen" im August (R=,35) Warme Wetterlagen in Prozent Abb. 8: Zunahme warmer Wetterlagen im Monat August (R: Korrelationskoeffizient) Die für die Sommermonate gebildeten Wärmeindices bestehen aus der Summe der Häufigkeit der Großwetterlagen WA (Westlage antizyklonal), SWA (Südwestlage antizyklonal), SWZ (Südwestlage zyklonal), SA (Südlage antizyklonal), SZ (Südlage zyklonal), SEA (Südostlage antizyklonal), NEA (Nordostlage antizyklonal), BM

7 (Hochdruckbrücke über Mitteleuropa), HM (abgeschlossenes Hochdruckgebiet über Mitteleuropa), HFA (Hoch über Fennoskandinavien antizyklonal), HFZ (Hoch über Fennoskandinavien zyklonal), HNFZ (Hoch über dem Nordmeer und Fennoskandinavien zyklonal), TRW (Trog über Westeuropa, nur Monat Juli) in einem Monat. Eine signifikante Zunahme einer einzelnen Wetterlage wurde für die Großwetterlagen Hochdruckbrücke über Mitteleuropa und Südwestlage zyklonal nachgewiesen. Die Korrelationskoeffizienten für die Zunahme der Großwetterlage Hochdruckbrücke über Mitteleuropa betragen für den Juli,31 und,33 für den August und sind damit (126 Werte) mit einer statistischen Sicherheit von über 99,9 % als signifikant zu betrachten. Ein ähnliches Ergebnis (statistische Signifikanz von mehr als 99,9 % bzw. von 99,9 %) ergibt sich für die Zunahme der Großwetterlage Südwestlage zyklonal: Der Korrelationskoeffizient beträgt,38 für den Juli und,28 für den Monat August. Damit ist festzustellen, dass die Daten für die Wetterstation Aachen und die Häufigkeitsverteilung der Großwetterlagen nach Hess/ Brezowsky einen Zusammenhang zwischen dem Anstieg der Monatsmitteltemperaturen in den Hochsommermonaten Juli und August und der Zunahme von Hochdruckwetterlagen und Wetterlagen mit südlicher Windkomponente zeigen. Literatur /1/ Katalog der Großwetterlagen Europas nach Paul Hess und Helmuth Brezowsky : / von Friedrich-W. Gerstengarbe und Peter C. Werner, unter Mitarb. von Wolfgang Busold 4. Aufl Erschienen: Offenbach am Main: Deutscher Wetterdienst Schriftenreihe: Berichte des Deutschen Wetterdienstes, Nr. 113 /2/ Die Großwetterlagen Europas Amtsblatt des Deutschen Wetterdienstes Nummer 13 ISSN Druck und Verlag Deutscher Wetterdienst-Zentralamt Offenbach

8 Dateiname: großwett Verzeichnis: \\HH2FS\User$\rjonas\Eigene Dateien Vorlage: G:\VORLAGEN\Normal.dot Titel: Statistische Untersuchung der Veränderung von Großwetterlagen im Zusammenhang mit der klimatischen Erwärmung Thema: Autor: rjonas Stichwörter: Kommentar: Erstelldatum: :1: Änderung Nummer: 78 Letztes Speicherdatum: :26: Zuletzt gespeichert von: rjonas Letztes Druckdatum: :17: Nach letztem vollständigen Druck Anzahl Seiten: 7 Anzahl Wörter: (ca.) Anzahl Zeichen: (ca.)