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Klima-Muster

In diesem Abschnitt werden häufig verwendete Klima-Muster, auch Klimaindizes genannt, kurz beschrieben. Die innere Dynamik von Ozean und Atmosphäre ist ein wichtiger Faktor, der das Klima der Erde bestimmt. Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Elementen des Systems beeinflussen dessen Variabilität zusätzlich zu externen Antriebsmechanismen. Diese Variabilität kann mit mathematischen Verfahren untersucht und dargestellt werden, wobei sich typische Muster ergeben. Die daraus resultierenden Zeitreihen werden als Klimaindizes bezeichnet. Eine umfassende Auflistung von Klimaindizes findet man bei NAAO: https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/climateindices/list/

Als Beispiel werden hier folgende wichtige Klima-Muster vorgestellt:

Nord Atlantische Oszillation (NAO)

Definition

Die NAO ist ein atmosphärisches Druckmuster mit Schwerpunkt über dem Nordatlantik, das ursprünglich definiert wurde als die Differenz normalisierter Anomalien des Luftdrucks auf Meeresniveau zwischen den meteorologischen Stationen auf den Azoren und in Island. Ein hoher NAO-Index ist zum Beispiel mit überdurchschnittlich starken Westwinden in den mittleren Breiten des Nordatlantiks verbunden. Der Stand des NAO-Index beeinflusst auch die Zugbahnen der Sturmtiefs, die Niederschlagsmuster in Europa sowie den Wärme- und Feuchtigkeitstransport vom Nordatlantik zu den umliegenden Landmassen.

Es gibt inzwischen verschiedene mathematische Verfahren, die NAO zu untersuchen. Üblich ist heute die Berechnung des NAO-Index mit einer sogenannte rotated principal component analysis. Diese Methode findet die primären Telekonnektionsmuster und daraus kann die monatliche Zeitreihe der Muster erstellt und der NAO-Index abgeleitet werden. Siehe auch die Referenzen für weitergehende Informationen über Berechnung und Auswirkung der NAO.

Datenquelle

Die Daten sind in Tages- und Monatsauflösung für den Zeitraum ab 1950 bis heute verfügbar und werden zum Beispiel bereitgestellt durch die NOAA https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/pna/nao.shtml

Referenzen

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El Nino - Southern Oscillation (ENSO)

Definition:

Zwischen den zunächst als einzelne Klima-Muster beschriebenen Phänomenen der sich auf die atmosphäre beziehenden Southern Oszillation (SO) und dem aus veränderten Meeresströmungen resultierenden El Niño / La-Niña-Phänomenen konnte ein Zusammenhang hergestellt werden. Das entsprechende Muster wird seitdem als El Niño - Southern Oszillation (ENSO) bezeichnet.

Der Southern Oscillation Index (SOI) wird anhand der Druckdifferenzen zwischen Tahiti und Darwin berechnet. Eine negative Phase des SOI ist bei Tahiti durch einen unter normalen Atmosphärendruck und bei Darwin durch einen höher als normalen Atmosphärendruck gekennzeichnet. Lange Perioden mit negativem SOI sind mit wärmerem als normalem Ozeanwasser im östlichen tropischen Pazifik (El Niño) verbunden. Für lange Zeiträume mit positivem SOI tritt der La Niña-Effekt ein. Niedriger atmosphärischer Druck tritt in der Regel über warmem Wasser und hoher Druck über kaltem Wasser auf. El Niño-Episoden werden als anhaltende Erwärmung des zentralen und östlichen tropischen Pazifiks definiert. Dies führt zu einer Abnahme der Stärke des pazifischen Passatwinds und zu einer Abnahme der Niederschläge über Ost- und Nordaustralien. Zum Beispiel ereigneten sich zwei sehr starke El Niño-Episoden in den Jahren 1982/83 und 1997/98.

NINO3 ist einer von mehreren Klimaindikatoren für El Nino Southern Oscillation, die aus Anomalien der Meeresoberflächentemperatur im östlichen tropischen Pazifik (5N-5S, 150W-90W) abgeleitet wurden. Vom NINO3-Index wird üblicher Weise ein Langzeitmittel abgezogen, wodurch ein El-Niño- oder La-Niña-Ereignis identifiziert werden können. Im konkreten Beispiel aus Trenberth (1997) galt es als Ereignis, wenn der 5-Monats-Durchschnitt des Index für mindestens 6 aufeinanderfolgende Monate 0,4 ° C überschritten wurde.

Datenquellen

Die Daten zum SOI sind in monatlicher Auflösung für den Zeitraum von 1951 bis heute abrufbar bei NOAA unter https://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices/soi

Die Daten zu NINO3 sind in monatlicher Auflösung für den Zeitraum von 1950 bis heute abrufbar bei NOAA unter http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/correlation/nina3.data

Referenzen

  • Trenberth, K. E., 1997. The Definition of El Niño. Bull. Amer. Met. Soc., 78, 2771-2777.

  • Zhang, Y., J.M. Wallace and D.S. Battisti 1997: ENSO-like Interdecadal Variability: 1900-93. Journal of Climate, Vol. 10, 1004-1020.

  • Gershunov, A. and T. P. Barnett.  Interdecadal modulation of ENSO teleconnections.  Bull. Amer. Meteor. Soc., 79: 2715-2725.

  • ENSO at NOAA https://www.climate.gov/enso

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Pacific Decadal Oscillation (PDO)

Definition

Die Pacific Decadal Oscillation (PDO) ähnelt dem El-Niño Muster, ist aber langlebiger und beschreibt gut die Klimavariabilität des Pazifik. Es scheint dabei zwei Modi mit unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Merkmalen der Oberflächentemperatur des Nordpazifik zu geben. PDO-Auswirkungen auf die südliche Hemisphäre mit wichtigen Anomalien des Oberflächenklimas über dem mittleren Südpazifik, Australien und Südamerika wurden beobachtet. Interdekadale Veränderungen des pazifischen Klimas haben weitreichende Auswirkungen auf die natürlichen Systeme, einschließlich der Wasserressourcen in Amerika und vieler Meeresfischereien im Nordpazifik. Die Mechanismen, die die Variabilität der PDO verursachen, sind noch unklar.

PDO ergibt sich als Hauptkomponente (PC) der monatlichen SST-Anomalien im Nordpazifik. Die extremen Phasen der PDO werden als warm bzw. kalt eingestuft und sind die Hauptkomponente der monatlichen Anomalien der Meeresoberflächentemperatur im Nordpazifik von 20 ° N (Zhang et al. 1997). Mehrere unabhängige Studien belegen nur zwei vollständige PDO - Zyklen im vergangenen Jahrhundert: "kühle" PDO - Regime herrschten von 1890 bis 1924 und erneut von 1947 bis 1976 vor, während "warme" PDO - Regime von 1925 bis 1946 und von 1977 bis mindestens Mitte der 90er Jahre dominierten (Mantua et al. 2002). Der Hauptunterschied von PDO zu ENSO besteht darin, dass es sich um einen längeren Zeitraum (20-30 Jahre) handelt, der hauptsächlich den nordpazifischen Sektor betrifft.

Datenquelle: Die Daten stehen in monatlicher Auflösung für den Zeitraum von 1948 bis zum letzten abgeschlossenen Jahr zur Verfügung bei der NOAA https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/correlation/pdo.data

Referenzen:

  • Bond, N.A. and D.E. Harrison (2000): The Pacific Decadal Oscillation, air-sea interaction and central north Pacific winter atmospheric regimes. Geophys. Res. Lett., 27(5), 731-734.
  • Zhang, Y., J.M. Wallace, D.S. Battisti, 1997: ENSO-like interdecadal variability: 1900-93. J. Climate, 10, 1004-1020.

  • Mantua, N.J. and S.R. Hare, Y. Zhang, J.M. Wallace, and R.C. Francis,1997:  A Pacific interdecadal climate oscillation with impacts on salmon production. Bulletin of the American Meteorological Society, 78, pp. 1069-1079.

  • Mantua, N.J. & Hare, S.R. : The Pacific Decadal Oscillation. Journal of Oceanography (2002) 58: 35. doi.org/10.1023/A:1015820616384

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Indian Ocean Dipole (IOD)

Definition

Der IOD ist definiert als der SST-Anomaliedifferenz zwischen dem westlichen äquatorialen Indischen Ozean (50E-70E, 10S-10N) und dem südöstlichen äquatorialen Indischen Ozean (90E-110E, 10S-0N), der als Dipolmodusindex (DMI) bezeichnet wird. IOD ist ein gekoppeltes Ozean-Atmosphäre-Phänomen. Positive IOD-Werte sind gekennzeichnet durch kühler als normales Wasser im tropischen östlichen Indischen Ozean und wärmer als normales Wasser im tropischen westlichen Indischen Ozean, während positive IOD auch mit einem Rückgang der Niederschläge in Teilen von Zentral- und Südaustralien verbunden ist. Für negative IOD-Perioden ist es entsprechend umgekehrt.

Datenquelle

Die Daten sind in monatlicher Auflösung für den Zeitraum von 1958 bis heute von JAMSTEC verfügbar http://www.jamstec.go.jp/aplinfo/sintexf/e/iod/about_iod.html

References:

  • Saji N.H., Goswami B.N., Vinayachandran P.N., Yamagata T., 1999: A dipole mode in the tropical Indian Ocean, Nature,401, 360-363

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Southern Annular Mode (SAM)

Definition

Der Southern Annular Mode (SAM) ist als normalisierte Differenz des mittleren Meeresspiegeldrucks zwischen 40 ° S und 65 ° S definiert. Ein hoher SAM-Index ist mit stärkeren Westwinden in einem breiten Band bei 55 ° S und anomal trockenen Bedingungen über dem Süden Südamerikas, Neuseeland und Tasmanien sowie feuchten Bedingungen über einem Großteil von Australien und Südafrika verbunden. Über dem Ozean bewirken die stärkeren Westwinde stärkere Strömungen nach Osten, die an der Meeresoberfläche aufgrund des verstärkten windgetriebenen Ekman-Transports divergieren, was zu einer stärkeren Aufwärtsbewegung in etwa 60 ° S führt. Die Abweichungen der SAM von seinem ringförmigen Muster fördern den meridionalen Austausch und damit den Wärmetransport.

Datenquelle

Die Daten sind in monatlicher Auflösung für den Zeitraum von 1957 bis heute zu finden bei der LASG http://www.nerc-bas.ac.uk/public/icd/gjma/newsam.1957.2007.txt

Außerdem in einer Variante auch hier: https://legacy.bas.ac.uk/met/gjma/sam.html

Referenzen

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