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

40 Trägheitsschwerewellen in mesoskaligen WRF-Simulationen
eines zyklonischen baroklinen Lebenszyklus
(Ch. Zülicke, M. Mirzaei)
Die Anregung von Trägheitsschwerewellen (kurz: Schwerewellen) in der Troposphäre ist ein wichtiges
Element der vertikalen Kopplung der Atmosphäre. Diese raum-zeitlich veränderliche Größe
stellt das erste Glied in der Kausalkette zur Erklärung und Modellierung zahlreicher Erscheinungen
in der mittleren Atmosphäre dar. Es ist ein aktuelles Problem der dynamischen Meteorologie,
die relevanten Prozesse zu ermitteln und zu quantifizieren. Dazu haben wir mit dem mesoskaligen
Weather and Research Forecast model (kurz: WRF) idealisierte Lebenszyklen barokliner Wellen
simuliert. Sie realisieren einen wesentlichen Teil des Impuls- und Wärmeaustausches in den mittleren
Breiten und sind ein Standardmodell für planetare Rossby-Wellen und synoptische Wirbel.
Während des Anwachsens, Brechens und Zerfalls der baroklinen Wellen werden aus lokalen Strahlströmen,
Fronten und Konvektion Schwerewellen abgestrahlt, die im Folgenden im Hinblick auf
ihre Struktur, Energie und Parametrisierung diskutiert werden.
Die Auswertung der WRF-Simulationen, die mit 50 km horizontaler und 250 m vertikaler
Auflösung durchgeführt wurden, ist in Abb. 40.1 schematisch zusammengefasst. Die in Hinblick auf
die Schwerewellen energetischste Region war das Strahlstrom-Oberflächenfront-System während
des Brechens der baroklinen Welle. Während die aus dem Strahlstrom stammenden Schwerewellen
relativ flach und langsam waren, stellten sich die aus Fronten und Konvektion stammenden relativ
steil und schnell dar.
Anregung von Trägheitsschwerewellen während eines
zyklonischen baroklinen Lebenszyklus
Anwachsen Brechen Zerfall
L
L
L
Umriss der
baroklinen Welle
Strahlstrom -
Oberflächenfront
- System
Höhenfront
Umriss der
Trägheitsschwerewelle
Abb. 40.1: Schematische Darstellung des Auftretens von Trägheitsschwerewellen während eines zyklonischen
baroklinen Lebenszyklus. Die Schwerewellen (blaue Umrisse) sind in zwei Zentren besonders aktiv: (1)
Die mit dem Strahlstrom-Oberflächenfront-System (grüner Pfeil mit durchgezogener roter Kontur) verbundenen
Schwerewellen sind anfangs nordöstlich orientiert und drehen in der Anwachsphase auf Nord-West,
wobei sie sich verstärken. Nach dem Überschlagen findet sie sich schwächer im abgeschnürten Tiefdruckwirbel
wieder. (2) Die mit der Höhenfront (gestrichelte roter Umriss) verbundenen Schwerewellen sind südlich
orientiert und ebenfalls während des Brechens maximal. Diese Strukturen wurden in trockenen und feuchten
WRF-Simulationen nachgewiesen.
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