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

Der Wellendiffusionskoeffizient wird in
niederen Breiten minimal, was teilweise mit
dem Mangel an Quellen der GW in den Tropen
im gegenwärtigen Modell erklärt werden
kann. Die Unterschiede in K wave für unterschiedliche
Konstituenten, einschließlich auftretender
Singularitäten, haben verschiedene
Ursachen. Die schwach negative Region
in Abb. 39.1a und 39.1b unterhalb von
65 km Höhe um 60 ◦ N, berechnet für Wasserdampf
und Methan, lässt sich aus dem starken
meridionalen Gradienten an der Grenze
zum Polarwirbel erklären. Niederfrequente
Schwerewellen dominieren hier den meridionalen
Transport. Diese Wellen sind durch
eine geringere vertikale und größere horizontale
Windkomponente im Vergleich zu GW
mittlerer Frequenzen gekennzeichnet.
Abb. 39.3: Wellendiffusionskoeffizient berechnet für
Wasserdampf (schwarz), Methan (violett), Kohlenstoffdioxid
(grün), atomaren Sauerstoff (rot), Stickstoffmonoxid
(blau) und Stickstoffdioxid (orange) in 88 km Höhe
für 30. Januar (a), 20. März (b) und 21. Juni (c).
Abb. 39.2: Kinetische Energie der im KMCM aufgelösten
GW zonal und über den Tag für den 30. Januar
gemittelt.
Abb. 39.3 illustriert für drei saisonale
Fälle, dass K wave für verschiedene langlebige
Spurenstoffe oberhalb von 75 km nahezu
identisch ist, mit Ausnahme jener Bereiche,
in denen der Konstituent nicht mehr ein passiver
Tracer ist oder sein vertikaler Gradient
verschwindet. Dieses Ergebnis ist nicht
überraschend, da auch für die meridionale
Mischung in der Stratosphäre durch Rossby-
Wellen gefunden wurde, dass sie quasi identisch
für unterschiedliche passive Spurenstoffe
ist, was hier auf große Ähnlichkeiten (sogenannte
kompakte Relationen) in den Spurenstoffverteilungen
zurückzuführen ist. Diese
Erklärung trifft jedoch für die chemischen
Konstituenten in der MLT-Region nicht zu.
Wir haben auf Basis der quasilinearen
GW-Theorie einen Wellendiffusionskoeffizienten
abgeleitet, der unabhängig von der
speziellen Tracerverteilung ist. Damit kann
K wave als eine intrinsische Eigenschaft der
Schwerewellenaktivität in der MLT-Region
verstanden werden. Wie der Vergleich von
Abb. 39.2 mit Abb. 39.1 zeigt, steht K wave
in der Tat in enger Beziehung zu der im Modell
KMCM berechneten kinetischen Energie
der GW. Damit erlaubt die Abschätzung
der Wellenmischung aus dem variablen Tracerfeld
Rückschlüsse auf die Amplituden und
dominierenden Wellenzahlen der GW. Durch den Vergleich beobachteter und berechneter Spurenstoffverteilungen
könnte man also zukünftig zu Abschätzungen der langzeitigen Variabilität der
Schwerewellenaktivität, insbesondere in der sommerlichen Mesopausenregion gelangen.
112