Stürme und Sturmfluten – Entwicklung des Sturmklimas

Wie hat sich das Sturmklima des Nordostatlantik in den letzten Jahrzehnten und Jahrhunderten entwickelt?

Ernsthafte Anstrengungen, die sich verändernde Sturmaktivität über dem Nordostantlantik zu untersuchen, begannen Anfang der 1990er Jahre, als Meteorologen rauer werdende Sturm- und Seegangsbedingungen feststellten. Wellenbeobachtungen von Leuchttürmen und Schiffen (Hogben, 1994; Cardone et al., 1990; Carter und Draper, 1988) zeigten eine Zunahme der Rauigkeit seit den 1950er Jahren, und eine Analyse von Tiefdrucksystemen aus routinemäßig erstellten Wetterkarten wies auf eine stetige Zunahme solcher Tiefs seit den 1930er Jahren hin (Schinke et al. 1992). Leider sind all diese Analysen mit den zuvor beschriebenen Problemen behaftet (s. Abschnitt 'Wie können dekadische und längere Variationen des Sturmklimas bestimmt werden?'), also einer unzureichenden Länge der Zeitserien oder mangelnder Homogenität. So hat sich etwa die Fähigkeit, meteorologische Details in Wetterkarten darzustellen – auf Grund umfangreicherer und genauerer den Wetterdiensten zur Verfügung gestellter Daten sowie weiterentwickelter Analysemethoden – über die Zeit stetig verbessert. Kistler et al. (2001) beschreiben beispielsweise für eine globale Reanalyse die mit der Nutzung von Satellitendaten einhergehende Verbesserung für die südliche Hemisphäre. Ein weiteres Beispiel für die Auswirkungen einer besseren Datenabdeckung gibt Landsea et al. (2004) anhand der Analyse einer tropischen Zyklone.

Ein wesentlicher Fortschritt wurde erreicht, als die Verwendung von Proxies (s. Abschnitt 'Wie können dekadische und längere Variationen des Sturmklimas bestimmt werden?') – vor allem im EU-Projekt WASA (WASA, 1998) – eingeführt wurde. Alexandersson et al. (1998, 2000) erstellten eine homogene Serie von Luftdruckmessungen seit 1880 für eine Vielzahl von Orten in fast ganz Nordeuropa und berechneten die 99%ile der geostrophischen Windgeschwindigkeiten aus einer Anzahl von Stationsdreiecken. Nach Normierung und Mittelung über eine Vielzahl von Zeitreihen erhielten sie einen Proxy für die Sturmaktivität im Bereich der Nord- und Ostsee, wie er in Abbildung 2 dargestellt ist. Der Proxy zeigt, dass die Sturmaktivität in den Jahren 1960 bis 1995 tatsächlich zugenommen hat; vom Beginn der Aufzeichnungen bis etwa 1960 herrschte jedoch eine lange Periode abnehmender Aktivität, und seit 1995 geht die Sturmaktivität in den meisten Gebieten des Nordostatlantiks ebenfalls wieder zurück (Weisse et al., 2005).

Abbildung 2: Sturmindikator, abgeleitet von intra-annualen Perzentilen der geostrophischen Windgeschwindigkeit aus einer Reihe von Stationsdreiecken für die Bereiche Nordsee (links) und Ostsee (rechts). [Aktualisierte Version der Diagramme von Alexandersson et al. (2000)].

Ein ähnliches Ergebnis erhält man, wenn man die Aufzeichnungen von Tidepegeln in Den Helder und Esbjerg, zwei Häfen an der niederländischen und dänischen Nordseeküste, analysiert (Pfizenmayer, 1997). Abbildung 3 zeigt Zeitreihen von zwei statistischen Parametern für jeden der beiden Tidepegel: die mittleren jährlichen Hochwasser und das jährliche 99%il der Abweichungen der Hochwasser vom jährlichen Mittelwert. Der erste Wert (das Jahresmittel) wird von einer Reihe von Prozessen beeinflusst, die mit dem Sturmgeschehen nichts zu tun haben, besonders von Baumaßnahmen, geologischen Änderungen (Landabsenkung) und globalen Schwankungen des mittleren Meeresspiegels. Beide Stationen zeigen einen markanten Anstieg des mittleren Hochwassers; die Steigerungsrate ist an beiden Orten jedoch unterschiedlich, was wahrscheinlich auf regional unterschiedliche Entwicklungen in Bezug auf bauliche Maßnahmen und Küstenschutzmaßnahmen zurückzuführen ist. Die beiden anderen Kurven in Abbildung 3 zeigen die zeitliche Entwicklung der 99%ile (nach Abzug des jährlichen Mittels). Hier kann wiederum ein Anstieg für die Zeitspanne zwischen 1960 und den 1990er Jahren festgestellt werden, wenngleich dieser im Vergleich mit der Entwicklung im Zeitabschnitt vor 1960 nicht signifikant ist.

Abbildung 3: Jährliche mittlere Hochwasser und Abweichung der höchsten Hochwasser vom jährlichen Mittelwert an den Pegeln Esbjerg (Dänemark) und Den Helder (Niederlande) seit dem späten 19. Jahrhundert. Die unteren beiden Kurven zeigen die jährlichen Mittelwerte; die oberen beiden Kurven die 99%ile der annualen Schwankungen relativ zum jährlichen Mittelwert. Der erste Wert spiegelt alle Arten sowohl klimatischer als auch lokaler Effekte wider, während der zweite einen Proxy für die regionale Strumaktivität darstellt [nach Pfizenmayer (1997)]

Der Anstieg der Sturmaktivität im Nordostatlantik zwischen 1960 und 1995 erscheint nicht dramatisch, wenn man Daten aus einem noch größeren Zeitfenster betrachtet, wie etwa die homogenisierten, lokalen Luftdruckmessungen an zwei Stationen in Schweden (Lund und Stockholm), an denen bereits seit dem frühen 19. Jahrhundert und davor Messungen durchgeführt wurden (Bärring und von Storch, 2004). Sowohl die Anzahl der Tiefdrucksysteme als auch die Häufigkeit von starken zeitlichen Drucktendenzen (16 hPa innerhalb von 12 Stunden, nicht gezeigt) ist seit Beginn der Barometermessungen auffallend konstant. Dies ist in Anbetracht des markanten Anstiegs regionaler Temperaturen, wie etwa der winterlichen Temperaturmittelwerte in Dänemark, bemerkenswert.

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Referenzen

Alexandersson, H., T. Schmith, K. Iden and H. Tuomenvirta, 1998: Long-term trend variations of the storm climate over NW Europe. The Global Atmos. Oc. System 6, 97-120

Alexandersson, H., T. Schmith, K. Iden and H. Tuomenvirta, 2000: Trends of storms in NW Europe derived from an updated pressure data set. Clim. Res. 14:71-73

Bärring, L. and H. von Storch, 2004: Northern European storminess since about 1800. Geophys. Res. Letters 31, L20202, doi:10.1029/2004GL020441, 1-4

Cardone, V.J., Greenwood, J.G. and M.A. Cane, 1990: On trends in historical marine data. J. Climate 3, 113-127

Carter, D.J.T. and L. Draper, 1988: Has the northeast Atlantic become rougher? Nature 322: 494

Grossmann, I., K. Woth and H. von Storch, 2006: Localization of global climate change: Storm surge scenarios for Hamburg in 2030 and 2085. submitted

Hogben, N, 1994: Increases in wave heights over the North Atlantic: A review of the evidence and some implications for the naval architect. Trans. Roy. Inst. Naval Arch. W5, 93-101

Kistler, R., E. Kalnay, W. Collins, S. Saha, G. White, J. Woollen, M. Chelliah, W. Ebisuzaki, M. Kanamitsu, V. Kousky, H. van den Dool, R. Jenne and M. Fiorino, 2001: The NCEP/NCAR 50-year reanalysis. Bull Amer. Meteor. Soc. 82: 247-267

Landsea, C. W., C. Anderson, N. Charles, G. Clark, J. Dunion, J. Fernandez-Partagas, P. Hungerford, C. Neumann, and M. Zimmer, 2004: The Atlantic hurricane database re-analysis project: Documentation for the1851-1910 alterations and additions to the HURDAT database. In: R. J. Murname and K.-B. Liu (eds): Hurricanes and Typhoons: Past, Present and Future, Eds., Columbia University Press, 177-221

Pfizenmayer, A., 1997: Zusammenhang zwischen der niederfrequenten Variabilität in der grossräumigen atmosphärischen Zirkulation und den Extremwasserständen an der Nordseeküste. Diplomarbeit Institut für Geographie Universität Stuttgart

Schinke, H., 1992: Zum Auftreten von Zyklonen mit niedrigen Kerndrücken im atlantisch-europäischen Raum von 1930 bis 1991. Wiss. Zeitschrift der Humboldt Universität zu Berlin, R. Mathematik/Naturwiss. 41, 17-28

WASA, 1998: Changing waves and storms in the Northeast Atlantic? - Bull. Amer. Met. Soc. 79, 741-760

Weisse, R., H. von Storch and F. Feser, 2005: Northeast Atlantic and North Sea storminess as simulated by a regional climate model 1958-2001 and comparison with observations. J. Climate 18, 465-479