2 Atmosphärenphysik
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System Nordsee
2.6 Sturm
Wie bereits weiter oben erläutert (Kap. 2.3.1, 5. 40), beruht die Klassifizierung der
Wetterlagen im Nordseeraum auf einfachen Relationen zwischen Vorticity- und Wind
index, wobei letztere sich unter Ausnutzung der geostrophischen Beziehung aus
räumlichen Ableitungen des Luftdruckfeldes im Meeresniveau ergeben (vgl. Loewe
et al. 2005). Diese Indexpaare wurden von Jenkinson und Collison (1977) in einer
Ellipsengleichung kombiniert
G* = (V* 2 + % Ç* 2 ) 1/2 ,
die den Sturmindex G* definiert. Wind-Vorticity-Zustände werden sodann als Sturm
(G), schwerer Sturm (SG) oder sehr schwerer Sturm (VSG) diagnostiziert, wenn der
Sturmindex bestimmte Schwellwerte überschreitet (vgl. Abb. 2-2, S.42). Die hier bis
lang verwendeten Schwellwerte wurden auf der Grundlage des UKMO MSLP-Da-
tensatzes bestimmt und mit 30, 40 und 50 hPa angegeben (Jenkinson und Collison
1977).
Die Umstellung der Quelldaten auf MSLP-Felder der >NCEP/NCAR Reanalysis I
(1948-present)< (Kalnay et al. 1996) erfordert aus den in Kap. 2.2, 5. 39 niedergeleg
ten Gründen eine Anpassung der Schwellwerte, die nachfolgend dokumentiert wird.
Im Anschluss werden Sturmkataloge für den Zeitraum 1948-2010 präsentiert und
die Sturmjahre 2005/06 sowie 2006/07 statistisch eingeordnet.
2.6.1 Schwell werte
Die grundsätzliche Vorgehensweise besteht darin, die zu den bisherigen Schwellwer
ten gehörigen Überschreitungswahrscheinlichkeiten der G*-Verteilung des UKMO-
Datensatzes zu bestimmen und daran anschließend und umgekehrt, die zu diesen
Wahrscheinlichkeiten gehörigen Schwellwerte der G*-Verteilung des NCEP-Datensat-
zes zu ermitteln. Den dazu abzuschätzenden Wahrscheinlichkeitsverteilungen liegen
jeweils 10958 tägliche Sturmindizes des Zeitraums 1971 -2000 zugrunde.
Auf Basis empirischer kumulativer Verteilungen (eCDF) für beide Datensätze wurden
zunächst die Prozentsätze des Sturmindex bestimmt, welche die Jenkinson-Collison
Sturmquantile überschreiten (Tab. 2-15, S. 94). Die relativen Abweichungen der Über
schreitungswahrscheinlichkeiten NCEP/UKMO - 1, die sich für die Sturmklassen ins
gesamt auf -27% und individuell auf -25 (G), -29 (SG) und -81 % (VSG) belaufen,
belegen die erhebliche Unterschätzung aller Sturmkategorien für den NCEP-Daten-
satz, wenn eine Anpassung der Schwellwerte unterbleibt (Abb. 2-23,5.93).
Wegen des geringen Unterschieds zwischen berechneten und »runden« Überschrei
tungswahrscheinlichkeiten wurden solche in Zeile 3 der Tab. 2-15 zur Ableitung neu
er Sturmschwellwerte festgelegt. Die Geringfügigkeit dieser Modifizierung zeigt sich
durch Vergleich der zugehörigen empirischen mit den originären Schwellwerten (Zeile
4 vs. 1, nur UKMO). Abkürzend könnten zur täglichen Sturmidentifizierung mittels der
elliptischen G*-Beziehung (s.o.) die entsprechenden Schwellwerte der empirischen
NCEP-Verteilung herangezogen werden, durch die die Sturmklassen G, SG und VSG
den Überschreitungsintervallen (0,1,0,02], (0,02, 1/365], (1/365, 0] zugeordnet sind.
Für eine kompakte parametrische Beschreibung beider Datensätze wurden versuchs
weise Gamma-Verteilungen angepasst, deren Form- (a), Skalierungsparamater (b)