INTERACT

Wetterfronten sind eine wichtige Verbindung zwischen großskaligem und regionalem Wetter. Der Klimawandel beeinflusst die großskaligen Antriebe von Fronten, und wahrscheinlich auch Fronten selbst. Daher wird erwartet, dass sich auch das damit verknüpfte Extremwetter ändern wird. Aber trotz ihrer Relevanz für Extremwetter ist die Forschung zu Fronten unter Klimawandel nur im Entstehen begriffen. Das zentrale Ziel von INTERACT ist es zu verstehen, welche Rolle Fronten im Klimawandel in Skalen- Interaktionen spielen, die Extremwetter generieren. Insbesondere wird INTERACT in internationaler Zusammenarbeit mit Kollegen von zwei russischen Institutionen untersuchen: 1. Wie werden regionale Extremereignisse an Fronten durch interne Schwankungen und die Interaktion von dynamischen Phänomenen über zahlreiche Skalen beeinflusst? 2. Wie realistisch werden diese Phänomene, ihre Interaktion, und ihr Einfluss auf Extremereignisse in einer Hierarchie von Klimamodellen simuliert? 3. Wie verändern sich diese Phänomene, ihre Interaktion und daher die verbundenen Extremereignisse in einem wärmeren Klima? Um diese Forschungsfragen zu beantworten nutzt INTERACT folgende Ansätze und Methoden: - Sensitivitätsstudien mit globalen Klimamodellen; - Simulationen zu ausgewählten Regionen mit sehr hoch aufgelösten regionalen Klimamodellen; - Simulationen einzelner Extremereignisse unter gegenwärtigem und zukünftigen Klimabedingungen; - Analyse von Zyklonen und Fronten in Beobachtungen und einer Hierarchie von Klimamodellen - Entwicklung neuer Analysemethoden; - Prozess-basierte Evaluation von Klimamodellen; - Untersuchung von Unsicherheiten in unserem Wissen über Extremwetter im Klimawandel. Innovation INTERACT wird das Prozessverständnis von Extremwetter in Wetterfronten verbessern und somit die Glaubwürdigkeit von Simulationen solcher Ereignisse im Klimawandel erhöhen. INTERACT wird zur Grand Challenge des Weltklimaforschungsprogramms zu Extremwetter beitragen, und zu unserem Verständnis vom Wetter im Klimawandel. INTERACT wird hochaufgelöste Klimamodellsimulationen unter gegenwärtigen und zukünftigen Klimabedingungen erzeugen, inklusive Simulationen einzelner Ereignisse. INTERACT wird den Zusatznutzen hochaufgelöster Simulationen mit globalen und regionalen Klimamodellen analysieren,und insbesondereRegionalmodelle mithochaufgelösten Globalmodellen und Regionalmodellen sehr hoher Auflösung vergleichen. INTERACT wird neue Analysemethoden entwickeln, in dem die Diagnose von Fronten mit der von Zyklonen verknüpft wird. INTERACT wird Unsicherheiten über unser Wissen von Extremwetter im Klimawandel durch innovative Ansätze erforschen, v.a. durch Benutzen einer Hierarchie von Modellen und durch die Entwicklung von physikalisch konsistenten Storylines.

Kalt- und Warmfronten sind ein wesentliches Element von Zyklonen in den mittleren Breiten und können durch starke Winde und heftige Niederschläge schwere Schäden verursachen. Kaltfronten können kurze konvektive Niederschlagsereignisse von sehr hoher Intensität hervorrufen, die zu Überschwemmungen kleiner Flusseinzugsgebiete und zu urbanen Überschwemmungen führen. Warmfronten können mehrtägige Niederschläge und anschließendes Hochwasser großer Flüsse verursachen. Trotz ihrer Relevanz gibt es vergleichsweise wenig Forschung zu den klimatischen Aspekten von Fronten: Welche relative Rolle spielen synoptische (großräumige, mit dem Zyklon zusammenhängende) und mesoskalige (innerhalb der Front) Prozesse bei der Entstehung von Unwettern? Wie werden diese Prozesse in Klimamodellen mit unterschiedlichen räumlichen Auflösungen dargestellt? Und wie könnten sich diese Prozesse in einem wärmeren Klima verändern? Das INTERACT-Projekt hat sich mit diesen Fragen befasst. Zunächst haben wir die Eigenschaften von Kaltfronten und ihren Zusammenhang mit extremen kurzen Niederschlagsereignissen in Beobachtungsdaten analysiert. Wir haben festgestellt, dass die Luftfeuchtigkeit in der Nähe der Fronten, die Konvergenz und die Geschwindigkeit des Low-level-Jets, einem starken Wind in niedriger Höhe, am meisten zur Entstehung extremer Niederschläge beitragen. Zusätzlich wurden synoptische Bedingungen identifiziert, die die Entstehung extremer Ereignisse begünstigen. Außerdem haben wir die erste klimatologische Studie zum Lebenszyklus von Fronten durchgeführt, basierend auf der zeitlichen Entwicklung tausender beobachteter Fronten und ihrer Mutterzyklone. Wir haben regionale Merkmale von Fronten sowie deren Zusammenhang mit der Nordatlantischen Oszillation analysiert. Die Analyse der Frontenmerkmale und ihres Zusammenhangs mit Extremwetter bildete die Grundlage für eine prozessbasierte Bewertung der Frontendynamik in Klimamodellen. Wir haben festgestellt, dass modernste Klimamodelle bei im Wesentlichen allen Auflösungen die Dynamik auf synoptischer Ebene gut darstellen, während die Darstellung der Dynamik auf mesoskaliger Ebene stark von der Modellauflösung abhängt: Sie wird durch regionale Klimamodelle viel besser aufgelöst. Die simulierten Beziehungen zwischen diesen dynamischen Prozessen und Unwettern hängen stark vom jeweiligen Modell ab. Zukünftige Prognosen zur Frontdynamik und den damit verbundenen Unwettern hängen stark von der Region, der Jahreszeit und dem Fronttyp ab. Bei Kaltfronten haben wir festgestellt, dass die stündlichen Niederschlagsraten pro Grad globaler Erwärmung um bis zu 14 % zunehmen, bei Warmfronten die 3-Tages-Niederschlagsmenge pro Grad globaler Erwärmung um bis zu 7 % zunimmt. Während der Sommersaison werden sich Fronten zusammen mit ihren Mutterzyklonen voraussichtlich polwärts bewegen, so dass die Niederschlagsmengen über Südeuropa abnehmen werden.