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KLIMA: Zusammenhang Januar - letzte Dezemberdekade
geschrieben von: Astronom (IP-Adresse bekannt)
Datum: 20. Dezember 2006 09:56

Hallo,
Vor fast 12 Monaten, im Januar, hatte ich einen Beitrag gepostet, in dem es darum
ging, ob man aus dem Wetter der ersten Januardekade irgendwelche halbwegs verlässliche
Prognosen für den weiteren Verlauf des Winters gewinnen kann; wen's interessiert, hier
der Link dazu:
[www.wetter-zentrale.com];
</A>
Kurz zusammengefasst: in München sind Prognosen fast nicht möglich, in Hamburg hingegen
sieht die Sache schon deutlich besser aus, richtig verlässlich wird es allerdings erst
noch weiter nördlich, in Schweden (Uppsala).
Nun liegt es nahe, eine ähnliche Untersuchung auch für die letzte Dezemberdekade zu machen,
zumal jetzt, wo Weihnachten und - vor allem - ein mehr oder weniger grosser Kaltlufteinbruch
bevorsteht. Die Fragestellung, die ich hier untersuchen will, lautet daher: Kann man aus
dem Temperaturverhalten der letzten Dezemberdekade halbwegs verlässliche Rückschlüsse darauf
ziehen, ob der nachfolgende Januar kalt oder mild wird? (Den Februar habe ich hier ganz bewußt
mal aussen vor gelassen, denn wenn man Januar+Februar betrachtet, so haben ein paar Tests mir
gezeigt, ist nicht mehr viel drin mit Prognosen.)
Da Hamburg sich im Januartest so wacker geschlagen hat, will ich den Dezembertest zuerst mit
der Hansestadt ausführen (aber keine Angst, München wird nicht vergessen, siehe weiter unten).
Wie üblich erhält man den schnellsten Überblick mit einem Streudiagramm: für jedes Jahr werden
die mittleren Temperaturen der letzten Dezemberdekade sowie des Januars für Hamburg berechnet;
man erhält so zwei Temperaturwerte für jedes Jahr, den Dezemberwert trägt man auf der X-Achse
auf, den Januarwert auf der Y-Achse. Im Bild sind die so erhaltenen Datenpunkte mit Sternen
markiert - die grünen Linien stellen die jeweiligen Mittelwerte der Temperaturen, erhalten als
Mittel aus allen Jahren, dar.




(Man störe sich bitte nicht an der etwas komplizierten Überschrift: die "Dekade 36 - 36" ist
nichts anderes als die 36. Dekade des Jahres, also die letzte Dezemberdekade, und "Dekade 1 - 3"
stellt natürlich den Januar dar; ich war nur zu faul, die von meinem Programm automatisch
erstellten Überschriften manuell zu ändern :-) )
Die drei Zahlen oben links in der Ecke, hinter dem "R", sind die Korrelationskoeffizienten R (1 würde
bedeuten perfekte Beziehung zwischen den Temperaturen der Dekade 36 und dem Januar, 0 aber hiesse,
dass überhaupt keine Beziehung existiert: dem Januar wäre dann sch..egal, was im Dezember abläuft):
erste Zahl für die Gesamtreihe, zweite für die erste Hälfte der Reihe und die dritte für die zweite
Hälfte der Reihe.
Für einige interessante Jahre habe ich noch zusätzlich die jeweiligen Jahreszahlen (es wurde dabei
immer die Jahreszahl für den Dezember benutzt!!) eingetragen; da kann man z.T. schön sehen, wie schnell
doch die Natur immer wieder von einem Extrem ins andere kippen kann. So folgten z.B. auf das eiskalte
Duo 1984/1986 die beiden extrem warmen Winter 1987/1988.
Eine Tendenz läßt sich aus diesem Diagramm durchaus ablesen: je wärmer die letzte Dezemberdekade
ausfällt, umso höher die Wahrscheinlichkeit, dass auch der Januar entsprechend warm gerät. Bei einem
nur mäßigen R-Wert von 0,39 für die Gesamtreihe kann es dabei aber nicht verwundern, dass doch ziemlich
große Streuungen auftreten. Und um jetzt etwas Wasser in den Eiswein aller Kältefans zu schütten:
ausgerechnet dann, wenn die letzte Dezemberdekade zu kalt ausfällt (also alle Punkte links der
senkrechten grünen Linie), treten die größten Streuungen auf, wie ja leicht zu sehen ist. Das heisst
nichts anderes, dass eiskalten letzten Tagen des Jahres durchaus auch ein milder Januar folgen kann;
fällt jedoch die letzte Dekade deutlich zu mild aus, folgt meist auch ein milder - sehr milder Januar!
Aber das ist glücklicherweise nicht das Ende vom Lied, sondern erst der Anfang. Meine "Stammleser"
(falls es die überhaupt gibt) wissen natürlich, was jetzt kommt: gleitende 30-Jahresmittel. Denn wenn
man, wie im ersten Diagramm geschehen, alle 114 Jahre der Hamburger Reihe in einen Topf schmeisst, kann
man leicht zeitliche Entwicklungen, die vielleicht nur wenige Jahrzehnte umfassen, übersehen. Diese
Gefahr kann man deutlich verkleinern, wenn man die Reihe nicht als Ganzes, sondern aufgeteilt in
30-Jahresabschnitte untersucht und dafür jeweils den Korrelationskoeffizienten R berechnet. Diese
30er-Abschnitte sind dabei nicht starr vorgegeben, sondern "gleitend": man startet mit dem Zeitraum
1891 - 1920, dann folgt der Zeitraum 1892 - 1921 usw., bis man beim aktuellen Zeitraum 1975 - 2004
angelangt ist. Dass in der Hamburger Reihe starke zeitliche Schwankungen vorhanden sein müssen, sieht
man schon allein an den deutlich verschiedenen R-Werten der ersten und zweiten Hälfte der Reihe. Das
folgende Bild 2 zeigt nun den Verlauf der gleitenden R-Werte für Hamburg:




(Die dicke blaue Linie ist der interessierende r-Wert, die beiden roten Linien stellen eine Art
oberen und unteren "Ausreißergrenzwert" dar: Werte, die sich einstellen, wenn man drei Jahre so
wegnimmt, dass der r-Wert möglichst groß bzw. möglichst klein wird. Man kann so leicht sehen, wie
stark der r-Wert von einzelnen Jahren abhängt. Bei den dünnen schwarzen Linien wurden auch drei
Jahre weggenommen, diese aber zufällig ausgewählt; gezeigt ist dann das Mittel aus 200 Zufallsziehungen.
Außerdem sind alle R-Werte selbst noch gleitende 5-Jahresmittel, um etwas glattere Kurven zu erhalten
bzw. dafür zu sorgen, dass einzelne Ausreißerjahre nicht den generellen Trend verschleiern. Wer will,
kann aber hier das ungeglättete Originalbild betrachten.)
Eine wirklich überraschende Entwicklung: seit gut 100 Jahren ist der R-Wert in Hamburg am Steigen, von
kleineren Schwankungen mal abgesehen! War er ursprünglich mit R=0,1 so klein, dass der Januar temperaturmäßig
praktisch völlig unabhängig von der vorausgehenden Dezemberdekade war, so beträgt der R-Wert aktuell stolze
0,61 - heutzutage hat die letzte Dezemberdekade also doch einen nicht zu vernachlässigenden Einfluß auf
den anschliessenden Januar. Man beachte auch die roten Linien: die obere und untere "Ausreißergrenze" liegen
aktuell ziemlich nahe am Gesamt-R-Wert (blaue Linie); d.h. der hohe R-Wert hängt nicht stark von wenigen
einzelnen Jahren ab, was natürlich sehr zur Brauchbarkeit dieses R-Wertes für etwaige Prognosen beiträgt!
Sind jetzt Prognosen für den Januar (in Hamburg) aber wirklich machbar? Am besten, man sieht sich das
Streudiagramm der letzten 30 Jahre, die ja den relativ hohen R-Wert von 0,61 produzieren, einmal an - dann
kann man viel besser entscheiden, was prognosemäßig geht oder halt nicht geht:




Anstatt Sterne habe ich hier nun die entsprechenden Jahreszahlen - unter Weglassung der Jahrhundertziffern -
eingetragen; "76" bedeutet also "1976" und "01" stellt das Jahr "2001" dar usw. Der Trend "je wärmer die
Dekade 36, umso wärmer der folgende Januar" ist nun schon recht deutlich, insbesondere auf der kalten
Dezemberseite kommen nun weniger Januar-Ausreißer vor, verglichen zum ersten Diagramm. Trotzdem gilt leider
auch hier: speziell im Falle kalter letzter Dezemberdekaden ist die Streuung auch heutzutage noch recht groß,
aber immerhin läßt sich folgende Aussage treffen: wenn die Dekade 36 zu kalt ausfällt, folgt in Hamburg mit
75 % Wahrscheinlichkeit ein ebenfalls zu kalter Januar, wobei es aber völlig offen ist, ob der Januar nur ein
bißchen zu kalt oder aber ein echt eisiger Monat wird. Sollte der jetzt bald anstehende Kälteeinbruch bis
Jahresende durchhalten, ist ein zu kalter Januar der wahrscheinlichste Wetterverlauf in Norddeutschland.
Sollte es aber überraschenderweise bis Jahresende zu mild bleiben, folgt mit 87% Wahrscheinlichkeit ein zu
milder Januar, wobei erschwerend (aus Sicht des Eis- und Schneefans, versteht sich) hinzukommt, dass sehr
milde letzte Dekaden auch sehr milde Januare zur Folge haben und deutlich zu kalte Januare (mehr als 2 K
Abweichung) bei zu milder letzter Dekade (mindestens) in den letzten 30 Jahren nicht aufgetreten sind.
"Zu kalt" und "zu mild" wurden hier anhand der Durchschnitts-Temperaturwerte der Jahre 1974 - 2003 kategorisiert;
würde man dieselben Mittelwerte wie in Bild 1, also die der Gesamtreihe, benutzen, so steigt die
Wahrscheinlichkeit, dass auf eine zu milde letzte Dekade ein zu milder Januar folgt, sogar auf 94%. (Dies
zeigt mal wieder, wie sehr solche Prognosen vom benutzten Mittelwert abhängen; offiziell wird ja leider
immer noch das Mittel der Jahre 1961 - 1990 als Maßstab benutzt, obwohl mittlerweile 15 Jahre seit 1990
ins Land gegangen sind. Logisch wäre aber, für aktuelle Klimatafeln die jeweils letzten 30 Jahre heranzuziehen
und für Langzeituntersuchungen des Klimas ein deutlich längeres, sagen wir 100jähriges Mittel als Maßstab zu
benutzen. Aber das nur nebenbei ...)
Die Verhältnisse in Hamburg sind nun klar. Wie aber steht es mit dem Rest der Republik? Und ein Blick über
die deutschen Grenzen hinaus könnte auch nicht schaden. Alles kein Problem! Nachfolgendes Diagramm zeigt für
sechs europäische Städte die gleitenden 30-Jahresmittel des R-Wertes der letzten 110 - 120 Jahre (noch mehr
Kurven einzuzeichnen ging nicht, denn dann hätte man nur noch Spaghettis gesehen ...).




Die gezeigten sechs Städte kann man gut in zwei Gruppen einteilen. Zur Gruppe 1 gehören Kopenhagen, Hamburg
und Berlin: diese Städte zeigen einen seit Jahrzehnten andauernden Anstieg ihrer R-Werte und sie besitzen
aktuell auch klar die höchsten Werte. Zur zweiten Gruppe gehören Frankfurt, München und Uppsala: seit gut
100 Jahren schwankt dort der R-Wert meist zwischen mäßigen 0,3 und 0,4. Aktuell hat man deshalb eine klare
Hierarchie in Deutschland: an der Spitze, mit dem höchsten R-Wert von 0,61, steht Hamburg, gefolgt von Berlin.
Mit deutlichem Abstand folgt Frankfurt, und abgeschlagen letzter sind die Münchner. Ein klares Nord-Süd-Gefälle.
Dasselbe Ergebnis kam schon bei der anfangs erwähnten Untersuchung der Beziehung zwischen erster Januardekade und dem Restwinter heraus! Wenn man das Bild 1 dieser Untersuchung aber mit dem hier gezeigten näher vergleicht, so fällt ein großer Unterschied aber auf: Uppsala verhält sich ganz anders. Im Januar-Restwinter-Test noch klarer Sieger mit deutlichem Vorsprung vor Hamburg, ist dies nun ganz anders. Ähnlich ist hingegen die zeitliche
Entwicklung der Uppsala-R-Werte: in beiden Tests kommen sie von ganz unten und wachsen dann an, nur dass im
aktuellen Test dieses Anwachsen nach einigen Jahrzehnten aufhört. Interessant auch, dass z.B. im Zeitraum
1890 - 1920 die Vorhersagemöglichkeiten fast genau umgekehrt wie heutzutage waren, während sich 1915 - 1944 die Wege aller Kurven fast kreuzten. Noch ein kurzer Blick nach Westen: Paris und Oxford zeigen einen ähnlichen
Verlauf wie etwa Frankfurt oder München.
Naheliegende Deutung all dieser Ergebnisse:
a) Falls Kaltluftvorstöße Ende Dezember Norddeutschland erreichen, besteht eine Wiederholungsneigung dazu im Januar
b) Die norddeutschen Kaltlufteinbrüche können, müssen aber nicht nach Süddeutschland bzw. Westeuropa durchschlagen; bekannte Beispiele für "steckengebliebene", meist nur auf Norddeutschland beschränkte Kaltlufteinbrüche: Winter 1995/96 und Februar 1976
c) Zyklonale Westlagen, die sich in Norddeutschland in der letzten Dezemberdekade durchsetzen, sind dann sehr beständig, während sie in Süddeutschland aber nicht unbedingt dominierend sind.
Aber, wie gesehen, vor rund 100 Jahren waren die Verhältnisse irgendwie anders! Und das ist der
Moment, wo es sich lohnt, mal einen Blick auf die wirklich langen Reihen zu werfen. Packen wir also mal
wieder Prag aus und betrachten die 30-jährigen gleitenden Korrelationen dort seit dem Jahre 1775 anno domini:




Offensichtlich gehört Prag heutzutage zur selben Gruppe wie Frankfurt oder München; und die Prager R-Werte
zeigen sich über die Jahrhunderte hinweg erstaunlich stabil. Geht man aber über den Zeitraum 1830 - 1860
noch tiefer in die Vergangenheit zurück, so ändert sich die Situation grundlegend: der R-Wert steigt nun
jahrzehntelang permanent an (tatsächlich fällt er, aber wir kommen halt gerade aus der "Zukunft"), bis er
im Zeitraum 1778 -1809 ein beachtliches Maximum von 0,75 erreicht! (Uppsala übrigens - diese Reihe reicht
sogar bis 1722 herab - zeigt diesen Anstieg nicht.). Das nächste Bild zeigt das Streudiagramm für genau
diese 31 Jahre:




Dies sieht für Prognosen wirklich sehr gut aus, auch deutlich besser als die heutigen Hamburger
Verhältnisse, denn die aktuell so störende starke Streuung gerade bei den Jahren mit kalter
letzter Dezemberdekade ist hier nur mäßig, und nimmt man das einzelne Ausreißerjahr ganz links
knapp über der horizontalen grünen Linie weg, so sieht es gleich viel besser aus! Das Dumme ist
halt nur, dass diese für Prognosen so günstigen Zeiten in Prag seit rund 200 Jahren vorbei sind!
Aber ein schönes Beispiel mehr für die Regel, dass es feste "immergültige" Wetterregeln (in Europa)
nicht gibt. Für Prognosen nutzbare Regeln gibt es schon, aber eben nicht überall und nicht zu
jeder Zeit.
Aber von Prag zum Abschluß nun nochmals zurück nach Hamburg. Eine Frage bleibt nämlich noch zu
klären: Ist nur die letzte Dezemberdekade so wichtig für den Januar, oder sind auch die anderen
Dezemberdekaden bzw. Kombinationen davon von Relevanz? Ich habe dies mal für eine Anzahl von
Kombinationen untersucht; die Ergebnisse - wieder als gleitende 30-Jahresmittel der R-Werte -
zeigt das folgende Bild:




Die Zahlen der Legende beziehen sich auf die jeweils betrachteten Dekaden; untersucht wurde demnach
das Temperaturverhalten des Januars in Abhängigkeit von a) der letzten (36.) Dezemberdekade,
b) den beiden letzten Dekaden (35 - 36), c) dem gesamten Dezembers (34 - 36), d) dem gesamten
Dezember + der letzten Novemberdekade (33 -36), e) nur der zweiten Dezemberdekade (35).
Praktisch über den gesamten betrachteten Zeitraum hinweg erweist sich die letzte Dezemberdekade als
die für den Januar relevanteste, dicht gefolgt aber (jedenfalls heutzutage) von der Kombination aus
zweiter und dritter Dezemberdekade. Da aber gleichzeitig die zweite Dezemberdekade allein nur ein
sehr schwaches Ergebnis aufweist, kann man daraus folgern, dass im Laufe der zweiten Dekade oft ein
deutlicher Wetterwechsel eintritt, entweder hin zu kaltem Wetter, dass sich dann in die dritte
Dekade hinein fortsetzt, oder aber umgekehrt die Westdrift in die Gänge kommt und eine frühe
Kälteperiode beendet. In all solchen Fällen hat die zweite Dekade natürlich keine Chance mehr, noch
in guter Beziehung zu den Januartemperaturen zu stehen. (Nächstes Jahr werde ich aber eine neue
Programmversion in Dienst stellen und dann in der Lage sein, auch tagesgenaue Korrelationen berechnen
zu können - in solchen Fällen wie diesem wäre das schon hilfreich. Übrigens wird die neue Version
dann aber noch viel, viel mehr können - das mal als "Drohung" für alle Forumianer :-) ). Die Kombination
aus den ersten beiden Dezemberdekaden schneidet am schlechtesten ab, was kein Wunder ist, beinhaltet
sie doch die "hybride" zweite Dekade und eben nicht die potente dritte!
Jedenfalls zeigt dieses Diagramm, dass es keine so schlechte Idee war, sich einmal ausführlich mit
der letzten Dezemberdekade zu beschäftigen - hier werden für die Norddeutschen schon etliche wichtige
Weichen für den Hochwinter gestellt. Den Süddeutschen aber bleibt wieder einmal ein klarer Blick in
die Glaskugel verwehrt , wie ja auch schon in der ersten Januardekade. Man sollte das dort aber auch
mal positiv sehen: wenn wider Erwarten sich in den nächsten Tagen doch die Westwinddrift über die
Hamburger hermacht, so ist in Sachen Winter für die Norddeutschen kaum mehr was zu retten, während man
aber im Süden dann noch die Hoffnung hegen kann, von dieser Heimsuchung verschont zu bleiben. (Hmm, das
könnte allerdings auch bedeuten, dass im Norden so richtig die Orkanpost abgeht mit hochinteressantem
Wettergeschehen, während man in den tiefen und mittleren Lagen des Südens in grauer Nieselpampe unter
einer Hochnebeldecke sitzt - wochenlang ...).
Allen Forumianern eine Frohe Weihnacht,
Wolfgang
PS: Alle benutzten Datenreihen stammen aus der ECA-Quelle, die ich hier ja schon oft zitiert habe:
ECA - "European Climate Assessment", eine Kooperation mehrerer Dutzend Wetterdienste Europas, darunter auch der DWD. Für zahlreiche europäische Städte findet man frei benutzbare Tagesreihen, sofern man die Quelle wie folgt angibt:
Klein Tank, A.M.G. and Coauthors, 2002. Daily dataset of 20th-century surface
air temperature and precipitation series for the European Climate Assessment.
Int. J. of Climatol., 22, 1441-1453.
Data and metadata available at:

[eca.knmi.nl];
25.12.2005



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