Zyklonen im Europäischen Nordmeer und Zusammenhänge mit der nordatlantischen Tiefdruckzone

Abstract

Das Wetter- und Klimageschehen im Nordatlantik hat großen Einfluss auf Europas Wetter. Besonders die Lage der steuernden Tiefs ist dabei von größtem Interesse. Es gibt im langjährigen Mittel des Luftdrucks im Nordatlantik zwei Regionen mit verstärkter Tiefdruckaktivität. Diese Tiefs haben einen wesentlichen Einfluss auf die meridionalen Wärmeflüsse nach Europa. Die beiden Aktivtätszentren befinden sich zum einen über der Irmingersee bei Island und zum anderen über der Norwegensee nahe den Lofoten-Inseln, wo sich auch ein primäres und sekundäres Minimum im langjährigen mittleren Luftdruckfeld auf Meeresniveau zeigen. Diese Arbeit untersucht die Zyklonenaktivität in der Lofotenregion, sowie die zeitliche und räumliche Variabilität des dortigen Luftdruckminimums und dessen Zusammenhänge mit der großskaligen atmosphärischen Zirkulation. Es werden meteorologische Phänomene auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen betrachtet: Zum einen einzelne Zyklonen in der Lofotenregion, mit Lebensdauern von bis zu zwei Wochen, zum anderen die Zustände der nordatlantischen Tiefdruckrinne und deren Zusammenhänge mit großräumigen Mustern auf der Nordhalbkugel in monatlich gemittelten Luftdruckfeldern. Beiden Untersuchungen liegen Luftdruckfelder aus ERA-40 Reanalyse-Daten des ECMEF für den Zeitraum von 1957 bis 2002 zugrunde. Es werden zwei verschiedene Methoden zur Analyse der Zyklonen und Zyklonenzugbahnen verglichen, die eine Methode funktioniert vollautomatisch, die andere teilweise manuell. Der Vergleich der Ergebnisse dieser Methoden im Rahmen dieser Arbeit zeigt eine gute Übereinstimmung. Charakteristische Eigenschaften und die zeitliche Entwicklung der Zyklonen in der Lofotenregion vor der Westküste Norwegens werden untersucht. Die Analyse der Zugbahnen dieser Lofotenzyklonen zeigt, dass sie oft über dem Atlantik entstehen und sich in den arktischen Regionen auflösen. In den Wintermonaten treten in der Lofotenregion mehr Zyklonen auf als im Sommer und zusätzlich haben sie imWinter einen niedrigeren Kerndruck als im Sommer. Zur Analyse von großräumigen Zusammenhängen wird ein Klimaindex definiert und als Island-Lofoten-Druckdifferenz (ILD) bezeichnet. Der Index beschreibt die Luftdruckdifferenz innerhalb der nordatlantischen Tiefdruckrinne zwischen der Island- und Lofotenregion. Er wird für eine umfassende Kompositanalyse verschiedener meteorologischer Parameter genutzt. Mithilfe des ILD-Index wird ein Island-Lofoten-Druckmuster identifiziert, das sich bis in die Stratosphäre erstreckt. Zusätzlich wird der Zusammenhang der Island-Lofoten-Druckschaukel mit weiteren meteorologischen Parametern untersucht. Das ILD-Druckmuster wirkt sich deutlich auf die Lufttemperatur im gesamten Gebiet von Nordamerika bis Sibirien, auf das arktische Meereis und auf den Niederschlag im nordatlantisch-europäischen Raum aus. Einen Zusammenhang des ILD-Index mit dem Index der nordatlantischen Oszillation (NAO) gibt es nicht durchgehend über den ganzen Zeitraum, sondern er konnte nur für die Periode 1957 bis 1976 hergestellt werden. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit folgt ein besseres Verständnis der atmosphärischen Zustände der nordatlantischen Tiefdruckrinne, deren Veränderlichkeiten auf verschiedenen Zeitskalen und deren Zusammenhängen mit großräumigen atmosphärischen Variationen der Nordhalbkugel.

The North Atlantic weather and climate, especially the position of the dominant cyclone, has a strong influence on the weather situation in Europe. In the North Atlantic exist two regions with high cyclone activity, which affect the meridional heat fluxes directed to Europe. These centers of activity are located over the Irminger Sea near Iceland and over the Norwegian Sea near the Lofotes Islands. The centers are nearly at the position of a primary and secondary minimum in mean sea level pressure (SLP). The cyclone activity in the Lofotes region, the variability in time and space of the Lofotes pressure minimum and its connection to large scale circulation of the atmosphere are subject of this study. This work focuses on meteorological phenomena with different timescales and spatial extensions. On the one hand these are single cyclones in the Lofotes region, that have lifetimes of up to two weeks. On the other hand this work focusses on different states of the North Atlantic low pressure zone and their connections to large scale northern hemisphere circulation patterns in monthly means of SLP. The mean SLP fields used for all analyses in this study are taken from the ERA-40 re-analysis data set and cover the time period 1957 - 2002. Two different methods for analysis of cyclones and cyclone tracks are used and compared to each other. Each method is following a different approach: the first is a partly manual method and the second a totally automated method. The comparison of the results of these methods in the context of this work shows a good agreement. The characteristics of the Lofotes cyclones and their cyclone tracks are examined. The analysis of the Lofotes cyclone tracks shows that they often occur over the Atlantic and dissolve in the Arctic regions. Compared to summer, the number of Lofotes cyclones increases during winter months and its pressure decreases. Furthermore a climate index is defined, describing the Iceland-Lofotes pressure difference (ILD) in the North Atlantic low pressure zone. Based on this ILD-index, a composite analysis of different meteorological parameters was performed and an ILD-pattern was identified. During winter, this pattern extends through the troposphere into the stratosphere. The connection between the different states of the North Atlantic low pressure zone, characterized by the ILD-index, and other meteorological parameters is shown. The ILD pressure pattern has an effect on air temperatures in the regions ranging from Northamerica to Siberia, on the arctic sea ice and the precipitation in the area of North Atlantic and Europe. The ILD-index is until the year 1976 strongly correlated with the index of the North Atlantic oscillation (NAO), but nearly not correlated afterwards. From the results of this work we get a better understanding of the atmospheric states of the North Atlantic low pressure zone, its variability with time and its connection to large scale atmospheric variations of the northern hemisphere.