Dynamik und Klimatologie von diabatischen Rossby-Wellen

Der Wintersturm Lothar zog am 26. Dezember 1999 über Europa und richtete in Frankreich, in Deutschland, in der Schweiz und in Österreich ungewöhnlich hohe Schäden an. Lothar entstand aus einer diabatischen Rossby Welle (DRW) und erreichte erst wenige Stunden vor dem europäischen Kontinent Orkanstärke. DRWs weisen ein interessantes atmosphärisches Strömungsmuster auf. Sie bestehen aus einer positiven PV-Anomalie in der unteren Troposphäre, die sich in einer Region mit starkem meridionalen Temperaturgradient befindet. Die positive PV-Anomalie löst eine zyklonale Strömung aus, dadurch wird östlich der PV-Anomalie warme Luft aus dem Süden herantransportiert. Während des Aufstieg der warmen Luft finden diabatische Prozesse statt, die zur Bildung einer neuen positiven PV-Anomalie in der unteren Troposphäre (PVA) führen. DRWs entstehen unabhängig von PV-Anomalien an der Tropopause. Falls sie jedoch mit ihnen in Wechselwirkung treten, kann - wie im Falle von Lothar - eine explosive Zyklogenese daraus resultieren. Im ersten Teil wird die Dynamik einer DRW am Beispiel des Wintersturms Lothar untersucht. Es wird insbesondere auf das Potential einer DRW zur explosiven Zyklogenese eingegangen. Im zweiten Teil wird das Aufretreten von DRWs in ECMWF-Vorhersagen untersucht. Es werden Unterschiede zwischen DRWs und anderen PV-Anomalien in der unteren Troposphäre hervorgehoben. Die Dynamik von DRWs wird mit Hilfe eines ECMWF-"Ensemble Prediction System" (EPS) des Wintersturms Lothar untersucht. Die 50 Modellläufe des EPS starten am 24. Dezember 1999 um 12 UTC und reichen bis zum 26. Dezember 1999 um 12 UTC. Nur 16 der 50 Modellläufe sagen einen ähnlich starken Sturm wie Lothar vorher. 10 Modellläufen sagen am 26. Dezember keine Zyklone mehr vorher. Die Ausprägung der baroklinen Zone, in der sich die DRW befindet, ist ausschlaggebend für die Intensität der DRW. Weitere wichtige Parameter sind der Feuchtegehalt der unteren Troposphäre und der latente Wärmefluss über dem Ozean. Diejenigen DRWs, die sich zu am 25. Dezember um 12 UTC näher als 400 km am Tropopausenjet befinden, entwickeln sich zu einer starken Zyklone. Alle anderen lösen sich auf oder bleiben schwache Zyklonen. Es ist schwierig, diabatische Prozesse in Wettervorhersagemodellen abzubilden, dementsprechend treten Schwierigkeiten bei der Vorhersage von PVAs auf. In den operationellen ECMWF-Vorhersagen von Juni 2004 bis Mai 2005 werden mit Hilfe eines Tracking- Algorithmus PVAs im Nordpazifik und Nordatlantik bestimmt und in fünf Kategorien eingeteilt. Die fünf Kategorien unterscheiden sich in ihrer Häufigkeit, ihrer Zugbahn und ihrer Gestalt. Im Nordpazifik entstehen doppelt so viele PVAs wie im Nordatlantik. Durchschnittlich werden im Winter weniger PVAs gefunden als im Sommer. Die Baroklinität und die Geschwindigkeit des Tropopausenjets ist in der Nähe von DRWs besonders hoch. Verglichen mit anderen PVAs weisen DRWs eine ähnliche Verteilung des reduzierten Bodendrucks auf. DRWs können in etwa gleich gut vorhergesagt werden wie andere PVAs.

Winter storm Lothar reached the north coast of France on 26th of December. Along its track through Europe the storm caused huge damages in France, Germany, Switzerland and Austria. Lothar developed out of a diabatic Rossby Wave (DRW) and its surface low pressure fell below 970 hPa some hours before landfall. DRWs show an interesting atmospheric flow structure. The evolution of a DRWs starts with a PV anomaly in the lower troposphere (PVA), situated in a strong baroclinic environment. The positive PV anomaly induces a cyclonic flow, which transports warm southerly air to the east of the PV anomaly. During the ascent of the warm and often moist air a new positive PV anomaly is produced through diabatic processes. DRWs develop independent of PV anomalies near the tropopause. If however these two PV anomalies interact, explosive cyclogenesis can result, like it happened in the case of Lothar. First the dynamics of a DRW based on the example of winter storm Lothar is investigated. Special attention is turned to the potential of DRWs to experience explosive cyclogenesis. In the second part the appearance of DRWs in ECMWF forecasts is examined. The differences between DRWs and other positive PV anomalies in the lower atmosphere are investigated. For the analysis of the dynamics of DRWs results from ECMWF Ensemble Prediction System (EPS) of winter storm Lothar is used. The 50 simulations of the EPS start on 24th of December at 12 UTC and end on 26th of December at 12 UTC. Only 16 simulations show a comparable intensive cyclone as Lothar. 10 simulations of the EPS predict no cyclone at all on 26th of December. The strength of the baroclinity, in which the DRW develops, is most important for the intensity of the DRW. The humidity of the air and the surface latent heat flux are other important parameters. On 25th of December at 12UTC the evolution of the 50 DRW simulations divides into two directions: DRWs that are nearer than 400 km to the tropopause jet develop to an intense cyclone. All other DRWs stay shallow or disperse. The modelling of diabatic processes in weather forecast models is difficult, hence forecasting PVAs is challenging. Different types of PVAs are investigated in the second part of this work. A tracking algorithm is used to identify PVAs in ECMWF forecasts frome June 2004 until May 2005 in the North Atlantic and the North Pacific. The different PVAs are divided into five categories, which differ in their occurrence, track and structure. There are twice as much PVAs in the North Pacific than in the North Atlantic. The number of PVAs varies with season. During wintertime there are less PVAs. The baroclinity and the wind speed of the tropopause jet is higher close to the DRWs compared to other PVAs. The surface low pressure and the forecast quality of DRWs is comparable with other PVAs.