Berechnung der Winter – AO

Hallo,

in meinem Beitrag „Berechnung der Winter – NAO“ habe ich meine Vorgehensweise beschrieben.

Höchste Korrelationen von Bodendruck / Geopot, SSTs und Temperatur der Vormonate (bis Oktober) zur AO der Wintermonate (Dezember – März), 1987 bis 2016:

a: Geopot 100hPa August – November 16 Monate zuvor, 42.5 – 37.5°S 32.5 – 42.5°E

b: Geopot 70hPa Juli – Oktober 17 Monate zuvor 42.5 – 32.5°S 35 – 57.5°E

c: SST Juni – September 18 Monate zuvor 15 – 17.5°N 90 – 92.5°E

d: SST Mai – August 19 Monate zuvor 45 – 42.5°S 65 – 72.5°E

e: Temperatur 850hPa Juli – Oktober 30 – 25°S 35 – 20°W

f: Temperatur 200hPa März – Juni 22.5 – 30°N 10°W – 5°E

Die durchschnittliche  AO (Dezember bis März) 1987/88 bis 2016/17 beträgt für den Einzelmonat 0,145.

Die Formel lautet (mal = multipliziert mit):

AO = a mal 2,095 + b mal 1,638 + c mal 15,2 + d mal 11,702 + e mal 7,532 + f mal 9,746

a – f: jeweils Differenz zwischen Höchst – und Tiefstwert, bei positiver Korrelation (a, b, c, d, f) Differenz zum Tiefstwert und bei negativer Korrelation Differenz zum Höchstwert (e), je höher der Index, desto höher der AO – Wert.

Die Multiplikatoren ergeben sich aus dem Verhältnis von AO – Höchst – und Tiefstwert zum Verhältnis der Höchst – und Tiefstwerte von a, b, c, d, e, f.

Für die Prognose der AO für den Winter 2017/18 fehlt noch 1 Wert (e).

Der Korrelationskoeffizient für den Zeitraum 1987/88 – 2016/17 beträgt 0.8775.

MAE: 0,3858

RMSE: 0,4547

Gruß

KHB

 

Berechnung der Winter – NAO

Hallo,

angeregt durch diese Studie:

Wang / Ting / Kushner: A robust empirical seasonal prediction of winter NAO and surface climate. Nature. Scientific Reports. March 2017.

nature.com

habe ich mit meinen bescheidenen Mitteln versucht, nach der geschilderten Grundidee ein Prognosesystem für die Winter – NAO zu entwickeln. Als Zeitraum wähle ich 1987/88 bis 2016/17 und ich definiere den Winter in diesem Fall als Dezember bis März.

Zuerst bestimme ich die besten Bezüge aus Geopotential / Bodendruck, SSTs und Temperatur, jeweils beste positive und negative Korrelation zur Winter NAO (also 6 Datenreihen). Ich verwende Vormonate bis einschließlich Oktober, um dann Anfang November die Prognose für den Winter abgeben zu können (analog zur oben genannten Studie).

Ich gehe davon aus, dass sich die NAO – Entwicklung in den Vormonaten anbahnt und schließlich manifestiert, sichtbar in unterschiedlichen Regionen und Zeiträumen sowie unterschiedlichen Höhen der Atmosphäre. Wäre dies nicht so, wäre alles nur Zufall oder reines Chaos, ließe sich die NAO überhaupt nicht prognostizieren. Nachfolgende Angaben verstehe ich nicht unbedingt als Ursachen (vielleicht zum Teil auch), sondern vielmehr als Symptome, als Anzeichen.

a: Bodendruck April – Juli 32.5 – 35°N 85 – 90°E

b: SST Oktober – Januar (14 Monate zuvor) 37.5 – 32.5°S 5 – 10°W

c: Temperatur 100hPa April – Juli 70 – 80°N 25 – 50°W

d: Geopotential 1000hPa Mai – August 45 – 37.5°S 50 – 65°E

e: SST Juni – September 55 – 60°N 17.5 – 25°W

f: Temperatur 850hPa Juni – September 2,5 – 5°S 150 – 155°E

Die durchschnittliche NAO (Dezember bis März) 1987/88 bis 2016/17 beträgt für den Einzelmonat 0,448.

Die Formel lautet dann (mal = multipliziert mit):

NAO = a mal 2,775 + b mal 8,603 + c mal 3,135 + d mal 0,185 + e mal 5,425 + f mal 9,801

a – f: jeweils Differenz zwischen Höchst – und Tiefstwert, bei positiver Korrelation (a – c) Differenz zum Tiefstwert und bei negativer Korrelation (d – f) Differenz zum Höchstwert, je höher der Index, desto höher der NAO – Wert.

Die Multiplikatoren ergebenn sich aus dem Verhältnis von NAO – Höchst – und Tiefstwert zu den Höchst – und Tiefstwerten von a, b, c, d, e,

Für den Winter 2017/18 liegen noch nicht alle Werte vor (nur 3 von 6).

Der Korrelationskoeffizient zwischen der auf diese Weise berechneten NAO und der realen NAO (Dezember bis März, 1987/88 bis 2016/17, also 30 Winter) beträgt 0.9021.

MAE: 0.8340

Dabei ist zu beachten, dass sich dieser Wert auf 4 Monate bezieht, auf einen Monat also 0,2085.

RMSE: 1,1498

Gruß

KHB

 

 

 

 

NAO – AO – und Temperaturprognose

Hallo,

in meinem Beitrag „Temperaturen West – und Mitteleuropas als Folge rhythmischer Druckschwankungen über dem Nordpazifik und Nordatlantik“ vom 11. Mai 2017 bzw. „Wintertemperaturen West – und Mitteleuropas als Folge rhythmischer Druckschwankungen über dem Nordpazifik und Nordatlantik“ vom 17. August 2016 habe ich die Methode ausführlich erläutert.

Nach dieser Methode ergeben sich in den Herbstmonaten für das „erweiterte“ Mitteleuropa (definiert als 47.5 – 55°N 10°W – 17.5°E) folgende Durchschnittstemperaturen:

September 2017: 14,286°C

Mittelwert 1987 – 2016: 14,351°C

Korrelationskoeffizient Index zu realer Temperatur 1987 – 2016: -0.8642

MAE (Mean Absolute Error, mittlerer absoluter Fehler): 0,430°C

Oktober 2017: 11,095°C

Mittelwert 1987 – 2016: 10,892°C

Korrelationskoeffizient Index zu realer Temperatur 1987 – 2016: -0.8016

MAE: 0,569°C

November 2017: 6,434°C

Mittelwert 1987 – 2016: 6,910°C

Korrelationskoeffizient Index zu realer Temperatur 1987 – 2016: -0.7858

MAE: 0,545°C

Bei der Prognose von AO und NAO ziehe ich insbesondere Werte aus der Stratosphäre (zonaler und meridionaler Wind) sowie den SSTs heran. Ich wähle die Daten aus, welche die höchste Korrelation mit der Zielgröße (AO bzw. NAO eines Monats) besitzen. Dabei berücksichtige ich die Vormonate ohne den unmittelbar davor liegenden Monat, für die Prognose der NAO und der AO des Augusts habe ich den Zeitraum Januar bis Juni verwendet und für die Prognose der NAO und AO des Septembers den Zeitraum Februar bis Juli. Diese Werte werden dann indexiert.

Prognose der AO des August 2017: 0.120

Korrelationskoeffizient Index zu realer AO 1997 – 2016: -0.8916

MAE: 0,122

Prognose der AO des September 2017: 0.220

Korrelationskoeffizient Index zu realer AO 1997 – 2016: -0.9262

MAE: 0,178

Prognose der NAO des August 2017: -0.84

Korrelationskoeffizient Index zu realer NAO 1997 – 2016: -0.9215

MAE: 0,23

Prognose der NAO des September 2017: 0.46

Korrelationskoeffizient Index zu realer NAO 1997 – 2016: -0.9310

MAE: 0,26

Gruß

KHB

 

 

 

Solarer Zyklus und Winter

Hallo,

dies ist ein heikles Thema, Altmeister Baur hat sich schon intensiv damit befasst und es gibt eine Menge wissenschaftlicher Literatur dazu, zum Beispiel diese Studie:

Gray / Scaife / Mitchell / Osprey / Ineson / Hardiman / Butchart / Knight / Sutton / Kodera: A lagged response to the 11 year solar cycle in observed winter Atlantic / European weather patterns. Journal of Geophysical Research. December 2013.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2013JD020062/full

Ein zentraler Satz: „Our analysis reveals an emerging signal that resembles a positive NAO response following solar maxima with a lag of approximately 3 – 4 years.“

Da im Februar 2014 das letzte solare Maximum stattfand, lag der Winter 2013/14 in der Zyklusphase 0 (lag 0), der Winter 2014/15 im ersten Jahr nach Maximum (lag 1), 2015/16 im zweiten Jahr nach Maximum (lag 2), 2016/17 im dritten Jahr nach Maximum (lag 3) und der Winter 2017/18 wird im vierten Jahr nach Maximum liegen (lag 4) – und sollte demnach eine positive NAO haben.

Ich überprüfe die letzten 11 solaren Zyklen (20. Jahrhundert), beginnend mit 1893 – 1907. Die vierten Winter nach Maximum waren folgende: 1897/98, 1910/11, 1921/22, 1933/34, 1942/43, 1951/52, 1961/62, 1972/73, 1983/84, 1994/95, 2004/05.

Und in der Tat, alle 11 Winter haben eine positive NAO.

https://www.esrl.noaa.gov/psd/gcos_wgsp/Timeseries/Data/nao.dat

Dies zeigt sich auch deutlich in den Bodendruckanomalien:

Dezember dieser Jahre:

DMYwIbpHAO

Januar:

jUczFfGOqD

Februar:

znKineR9xp

Alle drei Wintermonate zeichnen sich durch tiefen Druck im isländischen Bereich und hohen Druck bei den Azoren aus. Für Mitteleuropa ist dabei eine allmähliche Veränderung der Strömungskomponente von SW (Dezember) über W (Januar) zu NW (Februar) erkennbar.

Der März gehört zwar nicht mehr zum meteorologischen Winter, aber die Entwicklung vom Februar zum März ist doch sehr interessant:

7sFTjnPhVq

Hier findet nun eine Umkehrung statt, hoher Druck bei Island und im gesamten arktischen Bereich, tiefer Druck bei den Azoren, West – und Mitteleuropa, also negative NAO. Von den 11 Märzmonaten haben 7 eine negative NAO, 4 eine positive, davon 2 nahe 0 (neutral) und 2 bei +1.

Ein Temperaturvergleich ist schwierig, da sich auf Grund von Klimaveränderungen in diesen 107 Jahren die Durchschnitte verändert haben. So beziehe ich die Durchschnittstemperatur der Winter bzw. der Märzmonate zunächst auf das betreffende Jahrzehnt, sozusagen auf die unmittelbare Umgebung (um eventuell ein „Signal“ zu erhalten).

Nach dieser Betrachtungsweise waren in Deutschland 4 Winter zu kalt, 5 zu mild und 2 im Durchschnitt, die Abweichungen betrugen maximal +2,0 K (1897/98 und 1942/43) bzw. -1,4 K (1921/22).

Nimmt man 1961 – 1990 als Vergleichszeitraum, waren 9 Winter zu mild und 2 zu kalt (1921/22 und 1933/34).

Bezogen auf das jeweilige Jahrzehnt, waren 6 Märzmonate zu kalt, 2 zu mild und 3 im Durchschnitt, die maximale Abweichung betrug +2,0 K (1943) und -2,5 K (1962). Im Vergleich zu 1961 – 1990 waren 5 Märzmonate zu kalt, 4 zu mild und 2 im Durchschnitt.

Fazit und Ausblick: Ist der solare Einfluss über die NAO im atlantisch / europäischen Raum so dominierend wie es den Anschein hat, müsste folglich der Winter 2017/18 eine positive NAO besitzen, möglicherweise alle 3 Monate, mindestens aber 2, während im März eine negative NAO wahrscheinlich ist. Wir werden sehen.

Gruß

KHB

 

Verifikation der Juli 2017 – Prognose

Hallo,

in meinem Beitrag

„Temperaturen West – und Mitteleuropas als Folge rhythmischer Druckschwankungen über dem Nordpazifik und Nordatlantik (im Juli)“ vom 13. Mai 2017

habe ich für das „erweiterte“ Mitteleuropa, definiert als 47.5 – 55°N 10°W – 17.5°E,  für den Juli 2017 eine Durchschnittstemperatur von 16,772°C prognostiziert. Tatsächlich eingetreten ist eine Temperatur von 16,774°C. Eine Differenz von 0,002 K zwischen Prognose und Realität ist eigentlich relativ präzise, denke ich.

Die Prognose für den Juli 2017 anhand der Vergleichsjahre (Geopot500hPa):

gNkOLUS245

Und die Realität:

OCtU9Mnm70

Zwei Auffälligkeiten: das Geopotential ist im arktischen Bereich generell niedriger als erwartet, das tiefe Geopotential, das nördlich von Alaska liegen sollte, erscheint weiter südöstlich im nordostkanadischen Raum bzw. der Davisstraße. Die zonale Anordnung über dem Atlantik sowie über Eurasien wurde erkannt. Auch die Zone höheren Geopotentials zwischen Ostgrönland und Nowaja Semlja ist prognostiziert.

Graphische Gegenüberstellung von Prognose Juli 2017 und Realität:

Juli 2017 Prognose und Realität Graphik

 

MAE: 12,80

RMSE: 18,37

R²: 0.9895

Gruß

KHB

 

 

August 2017 und Folgemonate

Hallo,

Methode habe ich erläutert.

Der Juli 2017 auf der NH, Geopotentialanomalie 500hPa:

OCtU9Mnm70

Rekonstruktion des Juli 2017 mit Hilfe der Vergleichsjahre:

y8JrepotEH

Vergleichsjahre sind die Jahre, die sowohl für den Zeitraum Januar bis Juli 2017 als auch für den Einzelmonat Juli 2017 (Ausgangsmonat) die beste Übereinstimmung besitzen. Diese errechnet sich aus den durchschnittlichen Abweichungen der jeweils 72 Zonen (in welche ich die NH eingeteilt habe), also hier für die 7 Monate Januar bis Juli zum entsprechenden Zeitraum des Jahres 2017:

Realität und Rekonstruktion:

Geo500 Januar-Juli 2017 Rekonstruktion Graphik

 

 

Realität zur Rekonstruktion:

MAE: 23,13

RMSE: 32,86

R²: 0.9862

 

Der Einzelmonat Juli 2017:

Realität und Rekonstruktion:

 

Geo500 Juli 2017 Rekonstruktion Graphik

 

Realität zur Rekonstruktion:

MAE: 9,46

RMSE: 12,93

R²: 0.9948

 

Von dieser Ausgangsposition ergeben sich diese Prognosen:

Prognose für August 2017:

GVnMGAooO2

Prognose für September 2017:

BreBfo4V7G

Prognose für Oktober 2017:

UfPxqFS4DH

Gruß

KHB