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

46 Zonal asymmetrische Komponenten im mittleren Transport
von Ozon und Wasserdampf
(A. Gabriel, D. Demirhan Bari, D.H.W. Peters)
Die beobachtete Struktur der stationären Wellen im stratosphärischen Ozon (O 3 ) und strato- und
mesosphärischen Wasserdampf (H 2 O), die sich während der Wintermonate der Nord- und Südhemisphäre
100 bilden, sind noch 10 nicht 100 hinreichend verstanden. Hierzu analysieren wir in einer Vergleichs-
T* [K] DJF ODIN & ERA−INT 60N
GH* [m] DJF ODIN & ERA−INT 60N
600
2
studie 80 Beobachtungsdaten 4
−2
der Odin 80 und −100
−4
Aura/MLS-Satellitenmissionen (Kooperation: H. Körnich,
6
−6
−200
100 200 400
5
−300
400 200
MISU, 60 Stockholm), Modellsimulationen 60
−2
mit dem500
Zirkulations- und Chemie-Modell HAMMONIA
6
−4
8
0
0
(Kooperation: 40 H. Schmidt, MPI-Met 40 Hamburg) sowie die ECMWF-Reanalysen (ERA-Interim).
−400
−200
20 Zunächst 4
−8
−5
−300
wurden −6 die Spurenstofftransporte 20 200
auf Basis −400 der Odin-Daten und einer genäherten
km
km
2
−4
km
km
100
100
−200
−100 −600
Gleichung 0 für die zonal asymmetrische −10
0 Tracer-Komponente µ* analysiert (dµ*/dt = S*+G*+D*,
−150 −100 −50 0 50 100 150
−150 −100 −50 0 50 100 150
S*: Quellen, G* = −v*[µ] y − w*[µ] z ,
vg* [m/s] DJF ODIN & ERA−INT 60N
wb* [cm/s] DJF ODIN & ERA−INT 60N
100
20
100
1
D* ≈ 0: Diffusion, µ* = µ−[µ],
80
80
0.2
10
3 0.4
0.5 [ ]: zonales Mittel, Subskripte y, z:
−12
6 −0.4
60
9 60
0.6
−15
12
−0.4
meridionale, vertikale Ableitung), mit
0
0.6
0
40
15
40 0.2
0.4 geostrophisch genäherten Winden aus
−0.4
−9
−10
0.2
−0.5
20 −6
9
20
0.2
6
6
−0.2
den kombinierten Temperaturen von
−3 3 −3 3
0
−20
0
−1
−150 −100 −50 0 50 100 150
−150 −100 −50 0 50 100 150 Odin (50 – 100 km) und ERA-Interim
(0 – 50 km). In Relation zur westwärts
geneigten Phase der winterli-
Abb. 46.1: links: geostrophischer Meridionalwind v g *,
rechts: quasi-geostrophisch balancierter Vertikalwind w b *,
chen Welle-1-Struktur zeigen die Winde
(Abb. 46.1) eine markante
Odin(50 – 100 km) & ERA-Interim(0 – 50 km), Jan. 2001 – 2010
zonale
Asymmetrie: In der mittleren Stratosphäre nord- und abwärts gerichtete Strömung über Nordeuropa/Asien
und süd- und aufwärts gerichtete Strömung über dem Nordpazifik sowie eine westwärtige
Neigung der Windkomponenten mit zunehmender Höhe. In der Stratosphäre wird die Wellenstruktur
durch die geostrophische Näherung recht gut erfasst, die Amplituden jedoch um 30% (v) bzw.
50% (w) unterschätzt. Der Advektionsterm G*(O 3 ) (Abb. 46.2, oben) zeigt demgemäß nord- und
abwärts gerichteten Transport über Nordeuropa/Asien, von der oberen (−w b *[O 3 ] z < 0) in die un-
Abb. 46.2: (b) Advektionsterme −v g *[µ] y , (c) −w b *[µ] z für
µ =O 3 (oben) und µ =H 2 O (unten), Odin Jan. 2001 – 2010
tere (−w b *[O 3 ] z > 0) Stratosphäre,
über der westlichen Hemisphäre jedoch
süd- und aufwärts gerichteten Transport.
Diese Struktur setzt sich fort bis
in die obere Mesosphäre (G*(H 2 O)) in
Abb. 46.2, unten, wobei die vertikale
Struktur der Tendenzen jeweils aus
der unterschiedlichen Höhe der mittleren
Maxima in [O 3 ] und [H 2 O] herrührt
(z. B.: [O 3 ] y =0 bei ≈ 20 km und
[H 2 O] y =0 bei ≈ 40 km).
Die Struktur nord- und abwärts
gerichteter Transporte über polaren
Breiten ist aus dem Bild der zonal
gemittelten Brewer-Dobson-Zirkulation
(BDC) bekannt, die gegenläufige
Struktur über der westlichen Hemisphäre
fand jedoch bisher kaum Beachtung.
Da das Bild der Euler-Winde nicht den mittleren Massentransport beschreibt, verwenden
wir im Weiteren das Konzept der dreidimensionalen (3D) residuellen Zirkulation, die die Wirkung
der zeitlich gemittelten Wellenflüsse auf den Massentransport enthält und ein reelles Bild der 3D
BDC liefert (Kinoshita et al., JMSJ, 2010 ).
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