Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gießener Physikern gelingt Durchbruch bei „El Niño“-Prognosen

02.07.2013
Bei Auswertung von Messdaten Fernwirkungen aufgedeckt – Vorwarnzeit kann auf bis zu 18 Monate gesteigert werden

In unregelmäßigen Abständen kommt es auf der Südhalbkugel etwa zur Weihnachtszeit zu einem Phänomen mit bisweilen katastrophalen Folgen: „El Niño“ (spanisch für Christkind) sorgt unter anderem für leere Fischernetzte, sturzbachartige Regenfälle, Dürren und Wirbelstürme. Kaum möglich war bislang eine zuverlässige Prognose dieses Ereignisses über längere Zeiträume hinweg.

Ein methodischer Durchbruch in der „El Niño“-Vorhersage ist nun einem internationalen Forscherteam um die Gießener Physiker Prof. Dr. Armin Bunde und Josef Ludescher (Institut für Theoretische Physik der Justus-Liebig-Universität) gelungen.

Die Ergebnisse erlauben es, den Prognose-Zeitraum erheblich zu verlängern – von bislang nur sechs Monaten auf zwölf bis 18 Monate – und gleichzeitig die Treffsicherheit der Warnungen vor „El Niño“ deutlich zu verbessern.

Das interdisziplinäre Team, zu dem auch Prof. Dr. Shlomo Havlin von der Bar Ilan Universität in Israel und Prof. Dr. Dr. h.c. Hans Joachim Schellnhuber vom renommierten Potsdam Institut für Klimafolgenforschung (PIK) gehören, untersuchte mit Hilfe moderner Methoden aus der Statistischen Physik Zusammenhänge im Messnetz und spürte dabei verborgene Fernwirkungen auf. Die Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht.

Seit den 1950er Jahren gibt es im tropischen Pazifik ein Messnetz zur Beobachtung von außergewöhnlichem Verhalten der Wasser- und Lufttemperatur. Das Messnetz besteht aus 14 Messpunkten auf der west-östlichen Zugbahn des „El Niño“ und 193 Punkten außerhalb der Zugbahn im Pazifk. Die Stärke der Fernwirkung zwischen den Temperaturschwankungen an zwei Messpunkten wird bestimmt durch ihren statistischen Zusammenhang. Die Methode der dynamischen Kreuzkorrelationsanalyse erlaubt es, echte Fernwirkungen von zufälligen Übereinstimmungen zu unterscheiden. Entsprechend einer internationalen Konvention spricht man von einer „El Niño“-Episode, wenn der Temperatur-Index mindestens fünf Monate lang um 0,5°C über dem Normalwert liegt. Die Forscher fanden nun heraus, dass schon im Jahr vor dem Ausbruch eines „El Niño“ die Fernwirkung zwischen den Messwerten inner- und außerhalb der Zugbahn deutlich stärker wird. Diesen Effekt nutzten sie für die Festlegung eines Prognose-Algorithmus.

Den Wissenschaftlern standen zuverlässige Messwerte aus dem Zeitraum zwischen Anfang 1950 und Ende 2011 zur Verfügung. Der Zeitabschnitt zwischen 1950 und 1980 diente ihnen als Lernphase für die Festlegung eines Algorithmus für die Bestimmung der Alarmschwellen. Mithilfe dieses Algorithmus konnten dann die „El Niño“-Ereignisse in der zweiten Periode prognostiziert und mit den tatsächlichen Ereignissen verglichen werden. So war es möglich, die Quote falscher Alarme auf unter zehn Prozent zu senken und 70 Prozent der „El Niño“-Ereignisse zutreffend zwölf bis 18 Monate vor ihrem Eintritt anzukündigen. Damit erweist sich die neue Methode als mehr als doppelt so gut wie die bisherigen Prognoseverfahren mit der gleichen Vorwarnzeit. Auch bei einem Prognosezeitraum von sechs Monaten schneidet die neue Methode deutlich besser ab.
Ein „El Niño“-Ereignis löst zunächst eine auffällige Erwärmung des Oberflächenwassers im Bereich der südamerikanischen Pazifikküste aus. Unmittelbare Folge: Die mit dem kalten Humboldt-Strom von Süden heranziehenden Fischschwärme meiden die peruanische Küste. Die Netze der Fischer bleiben leer. Weiter oben im Bergland von Peru und Ecuador kommt es zu sturzbachartigen Regenfällen, die den armen Bauern zu schaffen machen. Doch damit nicht genug. Auf der gesamten Südhalbkugel der Erde ändert sich das Wettergeschehen in auffälliger Weise: In Teilen Südamerikas, Indonesiens und Australiens kommt es zu ausgedehnten Dürreperioden, in der Karibik entstehen Wirbelstürme, über dem indischen Subkontinent ändert sich das Regime des Monsun, und selbst in Nordamerika und Europa sind die Auswirkungen von „El Niño“ noch in Form strengerer Winter spürbar, mit bisweilen katastrophalen Folgen: Gegen Ende des 19. Jahrhunderts haben durch „El Niño“-Ereignisse ausgelöste Dürren in Brasilien, Indien und China zwischen 30 und 50 Millionen Todesopfer gefordert.

Wie unzuverlässig die „El Niño“-Prognosen bislang sind, zeigte sich erst vor wenigen Monaten: Im Sommer 2012 machten Klimawissenschaftler Anhaltspunkte für ein bevorstehendes starkes „El Niño“-Ereignis aus, das dann doch nicht eintraf. Erst kurz vor Weihnachten gab es Entwarnung. Die Peruaner standen also der noch immer größtenteils unverstandenen Naturerscheinung kaum weniger hilflos gegenüber als ihre Vorfahren, die versuchten, „El Niño“ mit magischen Beschwörungen beizukommen. Archäologen vermuten, dass die Kilometer großen Felszeichnungen in der südperuanischen Wüste etwas damit zu tun haben. Auf Magie möchten sich aber die heutigen Menschen nicht mehr verlassen. Sie möchten rechtzeitig und einigermaßen zuverlässig vor anrückendem Unheil gewarnt werden. Die neue Methode der Gießener Wissenschaftler scheint das zu gewährleisten: Lange vor der offiziellen Entwarnung konnte Prof. Bunde seinen Freunden versichern, dass kein „El Niño“ zu erwarten war.

Publikation:
Josef Ludescher, Avi Gozolchiani, Mikhail I. Bogachev, Armin Bunde, Shlomo Havlin und Hans Joachim Schellnhuber: Improved El Niño frorecasting by cooperativity detection, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1309353110

Kontakt:
Prof. Dr. Armin Bunde
Institut für Theoretische Physik der Universität Gießen
Telefon: +49 641 99-33375, Mobil: +49 178 611 3955

Lisa Dittrich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-giessen.de/
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1309353110

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Satelliten erfassen Photosynthese mit hoher Auflösung
13.10.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

nachricht Erforschung des grönländischen 79°-Nord-Gletschers
12.10.2017 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik