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Projekte

AL CAPONE - Eingrenzung von Unsicherheiten in regionalen Klimaprojektionen jährlicher Extremniederschläge mit Hilfe dynamischer Zwangsbedingungen

Patrick Pieper, Stephan Pfahl, Erich Fischer (ETH Zürich) und Donghe Zhu (ETH Zürich)

01.01.2022 — 31.12.2024

Im großflächigen Mittel intensivieren sich jährliche Extremniederschläge aufgrund des anthropogenen Klimawandels. Diese Intensivierung gilt aufgrund von Beobachtungen, theoretischen Überlegungen und Klimasimulationen als erwiesen. Auf lokaler Ebene ist die Beweislage bisweilen jedoch deutlich lückenhafter weil natürliche Klimavariabilität ortsabhängig einen vergleichbaren Einfluss auf jährliche Extremniederschläge ausüben kann wie der bisher eingetretene Klimawandel. Die Beweisführung wird in einigen Regionen zudem von großen Unsicherheiten in Klimaprojektionen jährlicher Extremniederschläge erschwert. Das Projekt AL CAPONE wird in Kooperation mit der ETH Zürich durchgeführt und zielt darauf ab Unsicherheiten in regionalen Klimaprojektionen jährlicher Extremniederschläge mit Hilfe dynamischerZwangsbedingungen einzuschränken

Charakterisierung und Vorhersage Quasi-Stationärer Atmosphärischer Zustände

Henry Schoeller, Stephan Pfahl, Robin Chemnitz, Péter Koltai (University Bayreuth), Maximilian Engel

01.12.2022 — 30.06.2026

Die atmosphärische Dynamik in den mittleren Breiten umfasst quasi-stationäre atmosphärische Zustände (QSAS), auch als Blockierungen bezeichnet. Trotz der Existenz einer Vielzahl datenbasierter Ansätze zu deren Identifikation fehlt immer noch eine einheitliche mathematische Charakterisierung solcher Zustände und der Bedingungen, die zu Übergängen zwischen ihnen führen. Unser Ziel ist es, dies zu beheben, indem wir QSAS als persistente dynamische Strukturen sowohl in nichtautonomen deterministischen dynamischen Modellen als auch in nichtstationären nicht-deterministischen dynamischen Modellen beschreiben und analysieren. Diese doppelte Sichtweise soll unterschiedliche Aspekte der Ursache, der Persistenz und der Vorhersagbarkeit von QSAS erhellen.

Extremste Niederschlagsereignisse

Florian Ruff, Stephan Pfahl

01.10.2019 — 01.06.2026

Starke, großflächige Niederschlagsereignisse und damit verbundene Überflutungen stellen eine der größten Naturgefahren für die Gesellschaft in Europa dar. Die Seltenheit dieser extremsten Niederschlagsereignisse erschwert allerdings eine systematische wissenschaftliche Untersuchung. Die Prozesse hinter solchen Ereignissen sind daher noch nicht vollständig verstanden. In diesem Projekt sollen die extremsten und relevantesten Niederschlagsereignisse in europäischen Flusseinzugsgebieten genauer bezüglich ihrer verursachenden Prozesse untersucht werden, indem ein neuer, innovativer Ansatz für die Datenerhebung verwendet wird. Anschließend sollen Unterschiede zu starken, aber weniger extremen Ereignissen deutlich gemacht und zukünftige Änderungen dieser extremsten Niederschlagsereignisse in einem wärmeren Klima abgeschätzt werden. Das Projekt ist Bestandteil des BMBF-geförderten Projekts "climXtreme", eine Kooperation zwischen vielen deutschen Forschungseinrichtungen und Universitäten.

Interaktion von Fronten und konvektiven Systemen in den mittleren Breiten

Lisa Schielicke, George Pacey, Stephan Pfahl, Rupert Klein (Institut für Mathematik) Daniel Baum (Zuse Institut Berlin)

16.03.2020 — 01.06.2026

Konvektive Prozesse spielen eine Schlüsselrolle bei der Enstehung von Unwettern und ihren Begleiterscheinungen wie Extremniederschläge, Hagel und Gewitter. Dabei laufenb die zugrunde liegenden Prozesse auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen, von der großräumigen synoptischen Skala, über die Mesoskala bis hin zur konvekiven Skala. In diesem Projekt soll der Zusammenhang und die Interaktion zwischen Fronten und konvektiven Ereignissen auf verschiedenen Skalen empirisch untersucht werden. Unterschiede im Lebenszyklus solcher konvektiven Systeme werden in Abhängigkeit zur Lage der Front statistisch untersucht. Ferner werden Sensitivitätsstudien mit einem numerischen Wettervorhersagemodell verwendet, um den Einflusss solcher Systeme auf die Entwicklung der Front zu analysieren. Basierend auf den empirisch gewonnenen Erkenntnissen soll ein theoretisches Modell entwickelt werden, das diese Skalen-Interaktion beschreibt. Subprojekt (C06E) des SFB 1114 (Scaling cascades in complex systems)

Lagrangesche Analyse getrackter antizyklonaler Strukturen in Reanalysedaten

Michael Thomas, Stephan Pfahl

23.05.2022 — 22.05.2026

Sommerliche Hitzewellen gehören zu den folgenschwersten Naturkatastrophen und es besteht ein großes Interesse daran, die physikalischen Prozesse, die zu extremen Temperaturen in Bodennähe führen, besser zu verstehen. Ein häufig beobachtetes Phänomen bei Hitzewellen sind blockierende Hochdruckgebiete, deren Langlebigkeit sehr hohe Bodentemperaturen zu begünstigen scheint. Welche Prozesse aber genau an der Bildung von blockierenden Hochs bzw. extremen Temperaturen am Boden beteiligt sind, ist noch Gegenstand aktueller Forschungen. In dieser Arbeit wird daher der Frage nachgegangen, warum manche Hochdruckgebiete blockierend sind und andere nicht, und wann genau es dabei zu Extremtemperaturen in Bodennähe kommen kann. Mithilfe neuester Analysemethoden und Modelldaten der vergangenen 40 Jahre (Reanalysedaten) werden Hochdruckgebiete über dem europäischen Raum identifiziert, und ihr Lebensweg hinsichtlich der Entwicklung der bodennahen Temperaturen in ihrem Einflussbereich untersucht.

Persistence/abrupt changes in extreme weather events, their responsible processes, and relationships change in a warmer climate

Kalpana Hamal, Stephan Pfahl

08.01.2022 — 08.01.2026

People can directly perceive day-to-day (DTD) temperature variation, which measures rapid weather variability and affects human health and the ecosystem significantly. The project aims to explore the historical and future conditions of DTD temperature variations and the persistence/cause of these variations. For this purpose, observation and ensemble simulations of the current and future climate will be examined at seasonal timescales.

NOTE: Die abgeschlossenen Projekte befinden sich hier.