Zwei neue statistische Ansätze zur Verbesserung von Prozessverständnis und saisonaler Vorhersagbarkeit sommerlicher Hitzewellen in Europa und den Extratropen der Nordhalbkugel

Vor dem Hintergrund des voranschreitenden Klimawandels und der dabei verstärkt auftretenden Extremereignisse tritt die Frage nach zugrundeliegenden charakteristischen (Ko-) Variabilitätsmustern in sowie zwischen verschiedenen Erdsystemkomponenten zunehmend in den Vordergrund, um einerseits das grundlegende Prozessverständnis in Bezug auf das Auftreten solcher Extremereignisse zu verbessern und andererseits Potenziale für eine bessere Vorhersage künftiger Ereignisse zu erschließen. Insbesondere für sommerliche Hitzewellen in Europa, aber darüber hinaus auch in den gesamten Extratropen der Nordhalbkugel, spielen hierbei strukturelle Eigenschaften der atmosphärischen Zirkulation ebenso eine Rolle wie Oberflächentemperatur-Anomalien der angrenzenden Ozeanbecken.

Dieser Beitrag fasst die Ergebnisse zweier aktueller Studien zusammen, die verschiedene neuartige Methoden der statistischen Datenanalyse nutzen bzw. weiterentwickeln, um entsprechende Prozesszusammenhänge zu identifizieren und anschließend zu quantifizieren.

Zum Einen werden statistische Zusammenhänge zwischen sogenannten Doppeljet-Zuständen des Jetstreams und dem Auftreten von Hitzewellen [1] mittels eines simplen, als Überdeckungsraten-Analyse (Interval Coverage Analysis, InCA) bezeichneten statistischen Ansatzes untersucht, welcher klar demonstriert, dass verschiedene Regionen der Nordhalbkugel im Fall von sommerlichen Doublejet-Ereignissen überproportional häufig von Hitzewellen betroffen sind, während diese in anderen Regionen statistisch signifikant unterdrückt zu sein scheinen.

Zum Anderen werden Zusammenhänge zwischen Meeresoberflächentemperatur-Anomalien im Atlantik und dem Ostatlantischen Telekonnektionsmuster, welches eine besondere Bedeutung für sommerliche Großwetterlagen über Europa hat, mittels Kausaleffekt-Netzwerken auf Basis des PCMCI-Algorithmus, einer Methode der kausalen Prozessinferenz, analysiert [2]. Die Ergebnisse zeigen statistisch relevante Zusammenhänge speziell in den letzten Jahrzehnten, welche ein gewissen subsaisonales bis saisonales Vorhersagepotenzial bergen, jedoch auf multidekadischen Zeitskalen nicht robust erscheinen. Weitergehende Untersuchungen sind notwendig, um die entsprechenden externen Einflussfaktoren weitergehend zu identifizieren und zu quantifizieren.

Die vorgestellten Untersuchungen wurden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Projekte ROADMAP sowie DryRivers finanziell unterstützt.

 

[1] E. Rousi, K. kornhuber, G. Beobide-Arsuaga, F. Luo, D. Coumou: Accelerated western European heatwave trends linked to more-persistent double jets over Eurasia. Nature Communications, 13, 3851 (2022)

[2] J. Carvalho-Oliveira, G. di Capua, L. Borchert, R. Donner, J. Baehr: Causal associations and predictability of the summer East Atlantic teleconnections. Weather and Climate Dynamics, in revision, doi: 10.5194/egusphere-2023-1412 (2023)