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

mermesopause, ist ebenfalls eine Asymmetrie zwischen beiden Hemisphären zu beobachten. Die
Sommermesopause entsteht im Süden weiter oben, ist in Modellen etwa 5 bis 10 Grad wärmer und
wandert im Laufe des Sommers nach unten. Der winterliche Polarwirbel ist in der Südhemisphäre
allgemein stärker und stabiler und reicht bis in die untere Mesosphäre. Auch findet die Umstellung
auf Sommerbedingungen sehr viel später als auf der Nordhemisphäre statt. Dieser Umstand des
späten Zusammenbruchs des Polarwirbels wird allgemein mit dem Ozonloch über der Antarktis
in Verbindung gebracht, weil durch die fehlende bzw. reduzierte Absorption von UV-Strahlung
im Südfrühling der Polarwirbel länger stabil bleibt. Dies führt dann, so die bisherige Meinung,
zu den oben erwähnten hemisphärischen Unterschieden im Jahresgang der sommerlichen Mesopausenregion.
Allerdings zeigt das kanadische Klimamodell der mittleren Atmosphäre auch ohne
Berücksichtigung des Ozonlochs einen entsprechenden hemisphärischen Unterschied.
Abb. 36.2: Hemisphärische Unterschiede (farbig dargestellt) in der Entwicklung der sommerlichen Atmosphäre:
Südsommer minus Nordsommer am Beispiel der Temperatur (von 65 ◦ Breite bis zum Pol gemittelt)
und des Zonalwindes (von 40 ◦ bis 60 ◦ Breite gemittelt). Die entsprechenden klimatologischen Variablen
sind für den Südsommer mit schwarzen Isolinien unterlegt. Die Ergebnisse basieren auf einer Simulation
mit KMCM unter Annahme einer vorgegebenen, äquatorsymmetrischen Ozonverteilung.
In der Langzeitsimulation mit dem KMCM haben wir eine äquatorsymmetrische Ozonverteilung
vorgeschrieben und auf dieser Basis die Nord-Süd-Asymmetrie unter idealisierten Bedingungen
analysiert. Danach stellen sich in der sommerlichen mittleren Atmosphäre zumindest qualitativ dieselben
Unterschiede zwischen südlicher und nördlicher Hemisphäre ein wie in den Beobachtungen
(siehe Abb. 36.2). In der Tropo- und Stratosphäre entspricht dies, aufgrund der hemisphärischen
Unterschiede in den Rossby-Wellen, den Erwartungen. Der unterschiedliche Jahresgang im Bereich
der Sommermesopause lässt sich hinsichtlich des Mechanismus der Intrahemisphärischen Kopplung
wie folgt verstehen: Der stärkere Zonalwind in der südlichen Stratosphäre sorgt dafür, dass ostwärtige
Schwerewellen dort geschwächt werden. Damit ist ihr vertikaler Fluss von ostwärtigem Impuls
in die Mesosphäre im Süden geringer, wodurch sich nach dem „downward control“-Prinzip insgesamt
eine wärmere Mesosphäre ergibt. Mit Hilfe der thermischen Windgleichung erzeugt dies in der oberen
Mesosphäre und unteren Thermosphäre wiederum eine anomale westwärtige Windkomponente,
welche bewirkt, dass verbleibende ostwärtige Schwerewellen in größeren Höhen brechen. Deshalb
reicht der aufsteigende Ast der residuellen Zirkulation im Süden höher, was die tieferen Temperaturen
oberhalb von ca. 90 km erklärt. Nach diesem Mechanismus bestehen also beachtliche, rein
dynamisch induzierte hemisphärische Unterschiede im Jahresgang der sommerlichen Mesopause.
Diese Unterschiede weichen einerseits grundlegend von dem Muster, das man aufgrund der Interhemisphärischen
Kopplung erwarten würde, ab und andererseits werden sie durch das Ozonloch
über der Antarktis zum Teil erheblich verstärkt. Ungeklärt ist in diesem Zusammenhang die Rolle
möglicher hemisphärischer Unterschiede in den Schwerewellenquellen.
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