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Nach einem bis dahin ungewöhnlich warmen Frühling traf im späten April 2016 ein Kälteeinbruch Teile Österreichs und  der Steiermark.

“Schnee im April – Binnen weniger Stunden verwandelte sich am Mittwoch die Frühlings- in eine Winterlandschaft”, titelte die Kleine Zeitung am 27.4. 2016.

Das JRC MARS Bulletin – Crop monitoring in Europe der Europäschen Kommission berichtet von großen Schäden an Getreide, Obst und Wein in Teilen von Österreich, Slowenien, der Slowakei und Kroatien.

Der Wintereinbruch schaffte es sogar zu einem eigenen Wikipedia Artikel.

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Abbildung 1: Tagesmitteltemperatur von 10.4. bis 10.5. 2016 an der Meteorologischen Station der Karl-Franzens-Universität Graz. (c) ZAMG. Verwendung mit freundlicher Genehmigung.

Abbildung 1 zeigt die Tagesmitteltemperatur von 10.4. bis 10.5. an der Meteorologischen Station der Karl-Franzens-Universität Graz. Bis 23.4. waren die Temperaturen überdurchschnittlich warm und kratzten einige Tage sogar am über 100-jährigen Hitzeekord. Nur wenige Tage später hatte sich die Situation völlig gedreht und am 28.4. hielt sich die Temperatur nur knapp über dem Kälterekord.

Was war passiert?
Dazu muss ich kurz ausholen… Das Wetter in Europa wird von großräumigen atmosphärischen Phänomenen, wie dem Jetstream, Tiefdruckgebieten mit ihren Wetterfronten und stationären Hochdruckgebieten, beeinflusst. Es ist daher von hoher Variabilität und allgemein schwieriger Vorhersagbarkeit geprägt (z.B. Woollings 2010). Stationäre Hochdruckgebiete, für die der englische Begriff Blocking geprägt wurde (Rex 1950), sind ein besonders wichtiges Phänomen, da sie die normale Abfolge der von Westen nach Osten wandernden Hoch- und Tiefdruckgebiete unterbrechen (blockieren). Blocking kann zu wochenlang gleichbleibenden Bedingungen führen und somit wesentlich zur Ausbildung von Extremereignissen wie Kältewellen aber auch Hitzewellen beitragen (z.B. Sillmann et al. 2011; Pfahl und Wernli 2012).

Abbildung 2 zeigt ein solches Blocking, das sich Ende April 2016 westlich der Britischen Inseln festgesetzt hatte und damit wesentlich für den Kälteeinbruch mitverantwortlich war.

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Abbildung 2: Bodendruck am 23.4. 2016 um 12:00 UTC. (c) ZAMG. Verwendung mit freundlicher Genemigung.

Der Frühling wurde bislang in der Erforschung von Blocking-Auswirkungen wenig beachtet. (Die meisten Studien beschäftigen sich mit Blocking im Winter und Sommer wo es zu starken Temperaturanomalien kommt.) Doch auch wenn die absoluten Temperaturen im Frühling nicht so extrem werden können wie im Winter oder Sommer, so kann Frost im Frühling nach einer frühen Warmperiode dennoch extreme Auswirkungen haben. Die frisch ausgetriebene Vegetation ist dann besonders anfällig für niedrige Temperaturen und Frostschäden. Pflanzen (natürliche Vegetation wie auch Kulturpflanzen) benötigen dann erhebliche zusätzliche Ressourcen zur Regeneration oder erleiden gar langfristige Schäden, was bei Nutzpflanzen meist mit Ernteausfällen einhergeht (z.B. Menzel et al. 2015).

Abbildung 3 zeigt Temperatur in ca. 1.5km Höhe am 25.4. 2016. Die starke Wellenbewegung der Atmosphäre ausgelöst durch das Blocking ist im Temperaturfeld deutlich sichtbar. Die Pfeile deuten die Bewegung der Luftmassen an und geben einen Hinweis auf die Herkunft der kalten Luft, die zu dem Kälteeinbruch führte.

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Abbildung 3: Temperatur auf 850hPa (ca. 1500m) am 25.04. 2016. Basierend auf Daten der Interim Reanalyse des Europäischen Zentrums für Mittelfristige Wettervorhersage (ERA-Interim).

In einer kürzlich im renommierten Journal of Climate veröffentlichten Studie untersuche ich gemeinsam mit meinen Koautorinnen die Auswirkungen von Blocking auf die Temperaturen in Europa im Frühling von 1979 bis 2014 (Brunner et al. 2017). Wir finden klare Hinweise dass Blocking im Frühling sowohl für großräumige Kälte- als auch Wärmeperioden mitverantwortlich ist. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Blocking im Winter und beginnenden Frühling vor allem mit Kältewellen verbunden ist während Blocking im späten Frühling und Sommer vor allem mit Wärmeperioden verbunden ist. Insbesondere dieser Übergang wird in unserer monatlich aufgelösten Analyse deutlich.

Betrachtet man den Frühling als Gesamtes, so spielt Blocking eine wichtige Rolle sowohl für Kälte- als auch für Wärmeperioden. Besonders der Ort wo das Blocking auftritt, ist von essenzieller Bedeutung. Blocking westlich der Britischen Inseln (ähnlich dem Block im April 2016) ist besonders mit kalten Bedingungen vor allem in südlichen Teil von Europa verbunden und hat daher einen starken indirekten Effekt (auf Gebiete außerhalb der Region in der der Block sitzt). Blocking im Norden von Europa kann über den selben indirekten Effekt ebenfalls zu kalten Bedingungen im Süden führen. Wesentlich stärker ist bei Blocking im Norden aber der direkte Effekt, der zu Wärmeperioden in der Region des Blocks führt (also vor allem in Skandinavien).

Die Blocking-Frequenz während Kälteperioden im Süden von Europa ist bis zu viermal so hoch wie die die klimatologische Frequenz im Frühling (Abb. 4) und gibt Hinweise auf eine starke Verbindung zwischen Blocking und kalten Bedingungen in dieser Region. Die höchsten Frequenzen werden westlich der Britischen Inseln erreicht, in genau der Region, in der auch der Block im April 2016 gelegen war.

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Abbildung 4: Blocking-Frequenz im Frühling während Kälteperioden in Südeuropa (graue Box). Die Pluszeichen kennzeichnen Regionen mit statistischer Signifikanz auf dem 95% Level. Die Kontur zeigt die Klimatologie (1979 bis 2014). Adaptiert von Brunner et al. (2017).

Abbildung 5 zeigt die (relative) Verteilung von Kälteperioden in Europa die während Blocking stattfinden. Die Auftrittswahrscheinlichkeit von Kälteperioden in Zentral- und Südeuropa ist während Blocking deutlich erhöht. Das deutet auf den essenziellen Beitrag von Blocking in der Entwicklung von Kälteperioden im Frühling in Europa hin.

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Abbildung 5: Anteil der Kälteperioden die mit Blocking zusammenfallen (1979-2014). Regionen mit mehr Kälteperioden während Blocking als normal sind orange dargestellt, Regionen mit weniger Blocking in türkis. Regionen mit statistischer Signifikanz auf dem 95% Level sind mit einem Punkt gekennzeichnet. Adaptiert von Brunner et al. (2017).

Unsere Studie ist die erste, die sich explizit auf Blocking im Frühling konzentriert und dessen Entwicklung in den einzelnen Monaten beleuchtet. Wir finden einen dualen Effekt von Blocking im Frühling, da es sowohl zu Kälte- also auch zu Wärmeperioden in Europa beitragen kann. Dadurch, dass der erste Austrieb von Pflanzen aufgrund des Klimawandels immer früher im Frühling stattfindet steigt die Anfälligkeit für Kälteperioden im Frühling. Eine genauere Untersuchung der zugrundeliegenden Dynamik und der Prozesse, die zur Entwicklung von Blocking im Frühling beitragen, versprechen auch in Zukunft spannende Forschung, die im Licht von Ereignissen, wie jenem im Frühling 2016, auch von gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Relevanz sind.

Literatur:

Brunner, L., G. C. Hegerl, A. K. Steiner (2017): Connecting atmospheric blocking to European temperature extremes in spring, J. Climate, doi:10.1175/JCLI-D-16-0518.1.

Menzel, A., R. Helm und C. Zang (2015). ‘Patterns of late spring frost leaf damage and recovery in a European beech (Fagus sylvatica L.) stand in south-eastern Germany based on repeated digital photographs’. Frontiers in Plant Science 6.110. doi: 10.3389/fpls.2015.00110.

Pfahl, S., and H. Wernli (2012). ‘Quantifying the relevance of atmospheric blocking for co-located temperature extremes in the Northern Hemisphere on (sub-)daily time scales’. Geophys. Res. Lett., 39 (12), doi: 10.1029/2012GL052261.

Rex, D. F. (1950). ‘Blocking Action in the Middle Troposphere and its Effect upon Regional Climate I: An aerological study of blocking action’. Tellus 2.3, S. 196–211. doi: 10.1111/j.2153-3490.1950.tb00331.x.

Sillmann, J., M. Croci-Maspoli, M. Kallache und R. W. Katz (2011). ‘Extreme Cold Winter Temperatures in Europe under the Influence of North Atlantic Atmospheric Blocking’. J. Climate 24 (22), S. 5899–5913. doi: 10.1175/2011JCLI4075.1.

Woollings, T. (2010). ‘Dynamical influences on European climate: an uncertain future’. Phil. Trans. R. Soc. A 368.1924, S. 3733–3756. doi: 10.1098/rsta.2010.0040.

Ich danke der Österreichischen Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) für die Bereitstellung der Abbildungen 1 & 2.

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