Einfluss der PDO auf die Rossby-Wellen

In diesem Beitrag beschäftige ich mich mit dem Phänomen „Pazifische Dekaden Oszillation“  und dem möglichen Einfluss auf  die Rossby-Wellen.
Anhand von Reanalysen von Geopotential- und Temperaturabweichungen  der Meeresoberflächen während positiver bzw. negativer PDO-Phasen versuche ich die Auswirkungen auf Jetstream und   damit Rossbywellen aufzuzeigen. Ich werde auch auf die möglichen Auswirkungen auf den Nordatlantik und Europa eingehen.

Nachfolgend die Präsentation für den  Trusted-Spotter-Network Workshops am 11. 06..2016 bei der ZAMG in Graz.

 

09.06.2016.pdo-gliederung

 

1. Begriffsdefinitionen mit Hintergrundinformation

PDO (Pazifische Dekaden Oszillation)

Das Phänomen der pazifischen Dekaden-Oszillation wurde 1996 von Steven Hare von der University of Washington erkannt. Es handelt sich dabei um sich zyklisch (20-30 Jahre) ändernde Temperturanomalien im nördlichen Pazifik.
Die positive oder Warm-Phase ist gekennzeichnet durch überdurchschnittliche Oberflächentemperaturen im NO-Pazifik, oft in Verbindung mit einem warmen tropischen Pazifik. Umgekehrt verhält es sich bei der Kalt-Phase:

 

08.06.2016.pdo_warm_cool.index

Quelle: JISAO

 

Zusammenhang von Klimaanomalien in Nordamerika mit PDO-Phasen:

09.06.2016.pdo-tabelle

 

Rekonstruktion von PDO-Ereignissen anhand von Baumringauswertungen von Südkalifornien zurück bis 1660:

09.06.2016.pdo-rekonstruktion

Quelle: wikipedia

 

Rossby Wellen

Unter Rossby-Wellen versteht man großräumige Wellenbewegungen in der Atmosphäre, aber auch im Ozean. In der Atmosphäre sind Rossby-Wellen in der  außertropischen westlichen Höhenströmung von Bedeutung. Eine Rossby-Welle entsteht, wenn der Jetstream zu mäandrieren beginnt, Wellen schlägt.  In der Regel umspannen 4 bis 5 Wellen die beiden Hemisphären mit einer Wellenlänge von mehreren 1000 Kilometer beträgt.

Die Corioliskraft bewirkt, dass die Süd-Nord-Ausgleichsbewegung eine West-Ost-Komponente bekommt. Je größer der Temperaturunterschied zwischen polarer Kalt- und subtropischer Warmluft, desto meridionaler die Zirkulation des Jetstreams und größer die Amplitude der Rossby-Wellen.

Gebirgsketten wie zum Beispiel durch die Rocky Mountains auf der nördlichen Hemisphäre oder die Anden auf der südlichen Hemisphäre  verstärken diesen Effekt. Unter den Wellenbergen und  -tälern entstehen Hoch- und Tiefdruckgebiete.

08.06.2016.rossby welle

Quelle:  Welt der Synoptik

 

2. Motivation

Seit knapp zwei Jahren beschäftige ich mich nebenbei mit Telekonnektion, der Fernwirkung von Wetterphänomenen (z.B ElNino) und ihrem möglichen Einfluss auf das Wettergeschehen in Europa. Dabei ging es mir in erster Linie darum, anhand der identifizierten globalen Einflussgrößen eine Trendaussage für den Winter in den Alpenländern abzuleiten.

Nach ENSO (ElNino-Southern Oscillation) mit dem Super-ElNino 2015 im tropischen Pazifik  und AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation) in Verbindung mit der negativen Temperaturanomalie im Nordatlantik bin ich nun wieder im Pazifik bei dem Phänomen PDO angelangt.

Im Grunde genommen geben mir Ursache und Auswirkung der nordatlantischen Temperaturanomalie noch immer Rätsel auf.

Ein Hauptverursacher, und da sind sich viele Wissenschaftler einig (z.B Stefan Rahmstorf/Universität Potsdam) ist der Kaltwassereintrag durch den sich beschleunigenden Abschmelzprozess des Grönlandeises.  Das zusätzliche Süßwasser des geschmolzenen Eises verdünnt den Salzgehalt des Oberflächenwassers und vermindert damit das spezifische Gewicht und das Absinkvermögen.
Dies hat gravierende Auswirkungen auf die Meerwasserzirkulation im Nordatlantik (AMOC).  Publikationen, die sich mit den Klimafolgen eines abschwächenden Nordatlantikstrom/Golfstrom beschäftigen, findet man zur Genüge.

Mir geht es in meinen Betrachtungen nicht um die klimatischen Folgen, sondern um die unmittelbaren   Auswirkungen auf das Wetter in Europa, das ja zu einem wesentlichen Teil vom Atlantik geprägt wird.
Vor dem letzten Winter  hätte ich erwartet, dass die negative Temperaturanomalie am Atlantik auf die darüberliegende Luftmasse  stabilisierend wirkt und Blockinglagen mit kälteren Phasen im Alpenraum begünstigt. Bestärkt hat mich in dieser Annahme auch ein Meteorologe.
Dass es aber  genau über diesem kalten Fleck am Nordatlantik immer wieder zu Austrogungen/Tiefdruckentwicklungen mit großer Erhaltungsneigung kam, konnte ich mir nicht erklären.

Im April hatte ich ein Treffen mit einem Meteorologen, bei dem ich dieses Verhalten thematisierte. Zwei Wochen später bekam ich von ihm eine  mail, in der er die Vermutung äußerte, dass der kalte Westpazifik zu einer „Verschiebung der  Rossby-Wellen “  führen könnte.
Mit diesem Denkanstoß kam ich zur Pazifische Dekaden-Oszillation.

 

3. SST-Anomalie

Nachfolgende Karten zeigen die Anomalie des Oberflächenwassers der Weltmeere aktuell (Ende Mai 2016) und am Anfang des Jahres:

08.06.2016.sst.anom.05.2016

08.06.2016.sst.anom.01.2016

Quelle: NOAA

 

4. Reanalysen

Bei Betrachtung des PDO-Index (s.o.) erkennt man, dass im Jahr 2013 die PDO von einer Kalt- in eine Warmphase übergegangen ist.

In den nachfolgenden Reanalysen habe ich für 2012 (PDO Kaltphase) und 2014/2015 (PDO Warmphase) die Abweichungen der Meerwassertemperaturen mit den Abweichungen des Geopotentials (500hPa) dargestellt.

In der negativen PDO-Phase  gibt es im Nordatlantik keine negative Temperaturanomalie.  Beim Geopotential zeigt sich im NO-Pazifik/Küste Alaska eine negative Abweichung,  über NO-Kanada/Grönland/NW-Atlantik eine positive und über Skandinavien wieder eine negative Abweichung.
Als  Konsequenz daraus leite ich eine höhere Wahrscheinlichkeit für Tröge/Tiefdruckgebiete (Rücken/Hochdruckgebiete) über den Gebieten mit negativer (positiver) Geopotentialabweichung  ab.

08.06.2016.sst.anom.2012

08.06.2016.geo.anom.2012

 

Gänzlich anders zeigt sich das Bild in der PDO-Warmphase 2014-2015. Zum einen sticht die Kaltwasseranomalie am Nordatlantik ins Auge, zum anderen, sind die Geopotentialabweichungen um einige 1000km nach Osten verschoben. Dementspechend verschiebt sich auch tendenziell das Trog- Rückenmuster der Rossby-Wellen.
Es fällt auf, dass fast exakt über dem „kalten Fleck am Atlantik“ die stärkste negative Geopotentialabweichung liegt.

08.06.2016.sst.anom.2014-2015

08.06.2016.geo.anom.2014-2015

 

5. Meine Interpretation/Schlussfolgerung

Eine Positive PDO-Phase beeinflusst die atmosphärischen Rossby-Wellen derart, dass die Austrogungen über dem Nordtlantik häufiger genau über der Kaltwasseranomalie stattfinden. Dieses  großskalige Zirkulationsmuster  überlagert den Einfluss des kühleren atlantischen Oberflächenwassers auf die Atmosphäre und hat vermutlich einen zusätzlichen kühlenden Effekt auf das Oberflächenwasser (Wolken, Kaltluft).
Die Folge auf das Wettergeschehen in Europa:  häufige SW-Lagen und positive Temperaturabweichung.

Zum Vergleich die 850hPa Temperaturabweichung in der neg. PDO-Phase 2012 und in der nachfolgenden positiven PDO-Phase 2014-2015:

08.06.2016.t.850hpa.anom.2012

08.06.2016.t.850hpa.anom.2014-2015

 

6. Ausblick 2016

Zwischen Jänner und Mai 2016 deutet sich tendenziell eine Intensivierung und gleichzeitig Ostverlagerung der Kaltwasseranomalie im Westpazifik an.
Nicht verwunderlich, dass sich auch die negative Geopotentialabweichung am Atlantik verändert und nach Westeuropa verlagert.
Wenn dieser Trend anhält,  dürfte uns ein  Sommer 2016 mit stärkerem zyklonalen Einfluss vom Atlantik ins Haus stehen.

08.06.2016.sst.anom.bis.05.2016

08.06.2016.geo.anom.bis 05.2016

Quelle der Renalysen: ESRL

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