Beitrag von Daniel Krieger, Abteilung Küstenklima
Erkenntnisse über das Sturmklima in der Deutschen Bucht, also dem deutschen Teil der Nordsee, sind von großer Bedeutung für die Küstenforschung, den Küstenschutz sowie für die Windenergie- und Versicherungsbranchen. Aus diesem Grund rekonstruieren wir die Sturmaktivität über der Deutsche Bucht mithilfe einer Methode, welche von Schmidt und von Storch (1993) entwickelt und seitdem schon in vielen Regionen der Welt erfolgreich angewendet wurde.
Wir verwenden historische Aufzeichnungen von Luftdruckmessungen an acht verschiedenen Stationen in Deutschland, den Niederlanden und Dänemark. Anschließend verbinden wir die Stationen, um 18 Dreiecke zu erhalten, deren Eckpunkte die von uns ausgewählten Messstationen darstellen. Aus den Luftdruckmessungen an den jeweiligen Eckpunkten und den Koordinaten der Stationen können wir für jedes Dreieck Zeitserien des mittleren geostrophischen Windes bestimmen. Die 18 Zeitserien des geostrophischen Windes dienen als Grundlage für die Berechnung eines Sturmindex für den Zeitraum 1897-2018, welchen wir als Indikator für die Sturmaktivität in der Deutschen Bucht definieren.
Der Vorteil dieser Methode gegenüber der direkten Analyse von Windmessungen ist, dass lange Aufzeichnungen von Luftdruckbeobachtungen oft homogener sind als Windmessungen. Dies liegt unter anderem daran, dass Windmessungen sehr sensibel auf Änderungen der Messbedingungen reagieren. Diese Änderungen sind zum Beispiel wachsende Vegetation oder Gebäude im Umfeld, Weiterentwicklung der Messtechnik oder der Umzug von Messstationen an einen anderen Ort. Diese Faktoren spielen bei der Messung des Luftdrucks eine geringere Rolle. Die Validität der Methode bestätigen wir durch Vergleiche mit Windmessungen einer Offshore-Plattform und Daten aus vier Reanalyseprodukten sowie durch eine Unsicherheitsabschätzung, welche niedriger ausfällt als in vergleichbaren Studien (Krueger et al., 2019).
Die Analyse unseres Sturmindex ergibt, dass die Sturmaktivität in den letzten 120 Jahren einer mehrdekadischen Schwankung unterlag. So zeigten beispielsweise die 1910er-, 1950er- und 1980er/90er-Jahre eine erhöhte Sturmaktivität, während die 1930er-, 1960er/70er- und 2000er/10er-Jahre durch reduzierte Sturmaktivität gekennzeichnet waren. Auf saisonaler Ebene weist besonders die Sturmaktivität in den Wintermonaten ein ähnliches Muster auf, da die Mehrzahl aller Stürme in der Deutschen Bucht in dieser Jahreszeit auftritt.
Des Weiteren zeigen wir durch Vergleiche mit der Sturmaktivität über dem Nordostatlantik (aus Krueger et al., 2019) und der Nordatlantischen Oszillation (NAO), dass die Sturmaktivität über der Deutschen Bucht mit der großskaligen Zirkulation korreliert, aber dennoch in bestimmten Perioden deutliche Unterschiede aufweist.
Referenzen:
Krueger, O., Feser, F., & Weisse, R. (2019): Northeast Atlantic Storm Activity and Its Uncertainty from the Late Nineteenth to the Twenty-First Century. Journal of Climate, 32 (6), 1919–1931, doi:10.1175/JCLI-D-18-0505.1
Schmidt, H., & Storch, H. von (1993): German Bight storms analysed. Nature, 365 (6449), 791–791, doi:10.1038/365791a0
Krieger, D., Krueger, O., Feser, F., Weisse, R., Tinz, B., & Storch, H. von (2020): German Bight storm activity, 1897‐2018. Int J Climatol., doi:10.1002/joc.6837
Abstract:
This study investigates the evolution of German Bight (southeastern North Sea) storminess from 1897 to 2018 through analyzing upper quantiles of geostrophic wind speeds, which act as a proxy for past storm activity. Here, geostrophic wind speeds are calculated from triplets of mean sea level pressure observations that form triangles over the German Bight. The data used in the manuscript are provided by the International Surface Pressure Databank (ISPD) and the national meteorological services of Denmark, Germany, and the Netherlands. The derivation of storm activity is achieved by enhancing the established triangle proxy method via combining and merging storminess time series from numerous partially overlapping triangles in an ensemble‐like manner. The utilized approach allows for the construction of robust, long‐term and subdaily German Bight storminess time series. Further, the method provides insights into the underlying uncertainty of the time series. The results show that storm activity over the German Bight is subject to multidecadal variability. The latest decades are characterized by an increase in activity from the 1960s to the 1990s, followed by a decline lasting into the 2000s and below‐average activity up until present. The results are backed through a comparison with reanalysis products from four datasets, which provide high‐resolution wind and pressure data starting in 1979 and offshore wind speed measurements taken from the FINO‐WIND project. This study also finds that German Bight storminess positively correlates with storminess in the NE Atlantic in general. In certain years, however, notably different levels of storm activity in the two regions can be found, which likely result from shifted large‐scale circulation patterns.