Institutsbericht 2010/2011 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

36 Nord-Süd-Asymmetrie und Intrahemisphärische Kopplung im
Sommer
(R. Knöpfel, E. Becker, F.-J. Lübken)
Die quasi-stationären planetaren Rossby-Wellen werden in mittleren Breiten durch großskalige
Umströmung der Orographie und thermische Land-Meer-Unterschiede angeregt. Beide Anregungen
sind auf der nördlichen Hemisphäre wesentlich stärker ausgeprägt als auf der südlichen. Über die
fundamentale Rolle dieser Wellen in der Troposphäre und der Winterstratopshäre ergeben sich im
Wesentlichen die dynamisch bedingten hemisphärischen Unterschiede. Im Folgenden stellen wir
zwei neue Aspekte dieser Nord-Süd-Asymmetrie vor.
Abb. 36.1: Mittlerer Jahresgang der global gemittelten Strahlungsbilanz am oberen Rand der Atmosphäre
in einer Langzeitsimulation mit KMCM; links: Nettostrahlung; rechts: Absorbierte kurzwellige Einstrahlung
(rot) und langwellige Abstrahlung (blau).
Die neue Version des KMCM mit Strahlung und vollständiger Berücksichtigung der Oberflächenbilanz
erlaubt erstmals für ein GCM der mittleren Atmosphäre eine konsistente Auswertung
der Strahlungsbilanz an der Atmosphärenobergrenze. Bei einer solchen Bilanz wird die insgesamt
absorbierte kurzwellige Strahlung positiv und die ausgehende langwellige Abstrahlung negativ
gerechnet. Da alle im KMCM berücksichtigten Prozesse energetisch konsistent formuliert sind, beträgt
der Fehler in der klimatologisch gemittelten globalen Strahlungsbilanz nur etwa 0,2 Wm −2 .
Betrachtet man dagegen den Jahresgang, ergeben sich Maxima und Minima von einigen Wm −2
(Abb. 36.1a). Dabei treten das Maximum im Spätwinter der Nordhemisphäre und das Minimum
etwa um ein halbes Jahr versetzt auf. Die kurzwellige absorbierte Sonnenstrahlung (rote Kurve
in Abb. 36.1b) weist eine schwache halbjährige Oszillation mit Maxima jeweils während der
Tag-und-Nacht-Gleichen auf – also während maximaler Einstrahlung am Äquator, wo die Albedo
am kleinsten ist. Damit lässt sich der Jahresgang der Strahlungsbilanz nicht erklären. Vielmehr
ist die langwellige Abstrahlung genau antikorreliert zur globalen Strahlungsbilanz (blaue Kurve in
Abb. 36.1b). Dieser Jahresgang kann durch die Nord-Süd-Unterschiede in der Stärke der planetaren
Rossby-Wellen erklärt werden. Letztere bestimmen vor allem den meridionalen Wärmeausgleich
zwischen tiefen und hohen Breiten in der Troposphäre. Da im Nordwinter jedoch die planetaren
Wellenamplituden am größten sind, herrschen dann tiefere äquatoriale und höhere polare Temperaturen
als im entsprechenden Südwinter. Von daher ist im Nordwinter die langwellige Abstrahlung
am Äquator am geringsten und in hohen Breiten verstärkt. Da die Abstrahlung aber proportional
zur vierten Potenz der Temperatur ist, ist im Nordwinter die langwellige Abstrahlung insgesamt
am geringsten. Entsprechend weist die globale Strahlungsbilanz zu dieser Zeit ein Maximum auf.
Umgekehrt stellt sich im späten Südwinter ein Minimum ein, so dass im Langzeitmittel die Bilanz
ausgeglichen ist. Vergleicht man die Umstellung der Zirkulation in polaren Breiten der mittleren
Atmosphäre von Westwind im Winter auf Ostwind im Sommer sowie die Bildung der kalten Som-
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