Um das Risiko Extreme Stürme zu berechnen, verwenden wir die folgenden Variablen [Copernicus Climate Data Store (CDS)]:
Das Risiko extremer Stürme bewertet das Potenzial für die Entwicklung schwerer konvektiver Phänomene wie heftige Gewitter, großer Hagel und Tornados. Das Risiko basiert nicht auf einer einzigen Variable, sondern auf der Identifizierung von Tagen, an denen drei grundlegende atmosphärische 'Zutaten' für die Bildung dieser Stürme gleichzeitig auftreten.
Die drei berechneten Schlüsselindikatoren sind:
Die Windscherung wird aus den Daten von eastward wind (u) und daily northward wind (v) berechnet, die in Höhen von 1000hPa (etwa 100m, "low") und 500hPa (etwa 5,5km, "up") ausgewertet werden, unter Verwendung der folgenden Formel:
$\text{Wind Shear} = \sqrt{\Delta u^2 + \Delta v^2}$ wobei $\Delta u = u_{\text{up}} - u_{\text{low}}$ und $\Delta v = v_{\text{up}} - v_{\text{low}}$.
Die Indikatoren CAPE und CIN werden unter Verwendung der Bibliothek metpy aus den Daten von air temperature und relative humidity in verschiedenen Höhen berechnet.
Ein 'Tag mit schwerem Potenzial' wird identifiziert, wenn alle drei dieser Indikatoren gleichzeitig ihre jeweiligen kritischen Schwellen überschreiten: $\text{Wind Shear} > 18 \text{ m/s}$, $\text{CAPE} > 1000 \text{ J/kg}$ und $\text{CIN} < -50 \text{ J/kg}$. Das jährliche Risikoniveau wird durch die Gesamtzählung dieser Tage (N_severe) während des Jahres bestimmt.
Die beschriebene Methodik zur Bewertung des 'Risikos extremer Stürme' ist eine direkte und wissenschaftlich rigorose Anwendung des zutatenbasierten Ansatzes (ingredients-based approach), der die Grundlage der modernen Vorhersage heftiger Gewitter bildet.
Diese Methode gilt als Referenzstandard, weil sie sich nicht auf einen einzelnen Parameter beschränkt, sondern das Zusammentreffen der atmosphärischen Bedingungen bewertet, die für die Entstehung organisierter und schwerer konvektiver Phänomene notwendig sind.
Die Idee, die Vorhersage schwerer Gewitter in Schlüsselzutaten (Instabilität, Feuchtigkeit, Hebung und Windscherung) zu zerlegen, wurde durch Studien formalisiert und populär gemacht, die die operative Meteorologie transformiert haben.
Die drei verwendeten Indikatoren und die entsprechenden Schwellen sind Standardparameter, die in der wissenschaftlichen Literatur umfassend dokumentiert und täglich von meteorologischen Vorhersagezentren wie dem US-amerikanischen Storm Prediction Center (SPC), einer weltweiten Autorität in dieser Angelegenheit, verwendet werden.
Der Ansatz, die Anzahl der Tage pro Jahr zu zählen, an denen die für schwere Gewitter günstigen Bedingungen gleichzeitig auftreten, ist die Standardmethode, die in der klimatologischen Forschung verwendet wird, um zu untersuchen, wie sich das Risiko extremer Stürme in der Zukunft ändern könnte.
Die beschriebene Methodik zur Bewertung des 'Risikos extremer Stürme' ist eine direkte und wissenschaftlich rigorose Anwendung des zutatenbasierten Ansatzes (ingredients-based approach), der die Grundlage der modernen Vorhersage heftiger Gewitter bildet.Diese Methode gilt als Referenzstandard, weil sie sich nicht auf einen einzelnen Parameter beschränkt, sondern das Zusammentreffen der atmosphärischen Bedingungen bewertet, die für die Entstehung organisierter und schwerer konvektiver Phänomene notwendig sind.Die Idee, die Vorhersage schwerer Gewitter in Schlüsselzutaten (Instabilität, Feuchtigkeit, Hebung und Windscherung) zu zerlegen, wurde durch Studien formalisiert und populär gemacht, die die operative Meteorologie transformiert haben.• Flash Flood Forecasting: An Ingredients-Based MethodologyDies ist einer der Artikel, die den zutatenbasierten Ansatz für alle Arten von Vorhersagen konvektiver Ereignisse konsolidiert haben. Er erklärt, dass für ein schweres Ereignis nicht eine einzelne Zutat (z.B. hohe Instabilität) ausreicht, sondern ihr räumliches und zeitliches Zusammentreffen erforderlich ist. Unsere Methodik, die das gleichzeitige Vorhandensein von CAPE, niedrigem CIN und Scherung erfordert, ist die Anwendung dieses grundlegenden Prinzips.Die drei verwendeten Indikatoren und die entsprechenden Schwellen sind Standardparameter, die in der wissenschaftlichen Literatur umfassend dokumentiert und täglich von meteorologischen Vorhersagezentren wie dem US-amerikanischen Storm Prediction Center (SPC), einer weltweiten Autorität in dieser Angelegenheit, verwendet werden.• A Baseline Climatology of Sounding-Derived Supercell andTornado Forecast ParametersDiese grundlegende Studie hat Tausende atmosphärischer Profile analysiert, um die CAPE- und Windscherungs-Werte zu identifizieren, die am häufigsten mit Superzellen-Gewittern (der gefährlichsten Art) verbunden sind. Sie hat gezeigt, dass Werte von Deep Layer Shear (0-6 km) von 18-20 m/s (35-40 Knoten) und CAPE über 1000 J/kg typisch für Umgebungen sind, die Superzellen und Tornados produzieren. Unsere Schwellen werden daher von dieser Studie unterstützt.• Storm Prediction Center (SPC)Das SPC stellt operative Richtlinien für seine Meteorologen bereit, die die 'Faustregeln' für die Vorhersage schwerer Gewitter spezifizieren. Diese Leitfäden bestätigen, dass:- CAPE > 1000 J/kg moderate Instabilität anzeigt, die für robuste Gewitter ausreicht.- Windscherung (0-6 km) > 18 m/s (~35 Knoten) eine Schlüsselschwelle für die Organisation von Gewittern in komplexere und länger anhaltende Systeme (Superzellen) ist.- CIN < -50 J/kg (oder Werte nahe Null) anzeigt, dass der 'Deckel' schwach und leicht von aufsteigenden Strömungen zu überwinden ist, was die Initiierung der Konvektion ermöglicht.Der Ansatz, die Anzahl der Tage pro Jahr zu zählen, an denen die für schwere Gewitter günstigen Bedingungen gleichzeitig auftreten, ist die Standardmethode, die in der klimatologischen Forschung verwendet wird, um zu untersuchen, wie sich das Risiko extremer Stürme in der Zukunft ändern könnte.• The spatial distribution of severe thunderstorm and tornado environments from global reanalysis dataDies ist ein bahnbrechender und einer der meistzitierten Artikel auf diesem Gebiet, in dem die Autoren genau die von uns beschriebene Methodik befolgen: Sie haben globale Reanalysedaten verwendet, um die Anzahl der Tage pro Jahr zu zählen, an denen CAPE- und Windscherungs-Werte gleichzeitig die kritischen Schwellen überschritten. Auf diese Weise haben sie die erste globale klimatologische Karte der 'günstigen Umgebungen' für schwere Gewitter erstellt. Neuere Studien verwenden dieselbe Methode (Zählung der Tage N_{\text{severe}}) und wenden sie auf Klimamodelle an, um zu projizieren, wie sich das Risiko extremer Stürme in einer wärmeren Welt ändern wird.Zusammenfassend spiegelt unsere Methodik den Stand der Technik wider. Sie ist eine Anwendung des zutatenbasierten Paradigmas (Doswell et al.), verwendet durch Forschung und operative Praxis validierte Indikatoren und Schwellen (Rasmussen & Blanchard, SPC) und bewertet das jährliche Risiko mit einer Standardmethode in der Klimatologie schwerer Phänomene (Brooks et al.).