Institutsbericht 2010/2011 - Leibniz-Institut fÃ¼r AtmosphÃ¤renphysik ...

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52 Parametrisierung orographischer Schwerewellen (B. Wolf, E. Becker) Wegen ihrer Kleingskaligkeit müssen orographische Schwerewellen auch in hochaufgelösten Klimaund Wettermodellen parametrisiert werden. Denn diese Wellen werden durch die Rauigkeit der Oberfläche erzeugt, die typische Abmessungen von wenigen bis wenige hundert Kilometer haben. Während Lee-Wellen evaneszent sind und bereits in der Troposphäre dissipieren, können sich größerskalige Gebirgswellen über die Tropopause hinaus ausbreiten und sind in globalen Klimamodellen von großer Wichtigkeit für die residuelle Zirkulation in der nördlichen Winterstratosphäre und -mesosphäre. Die relevanten Charakteristika von Gebirgswellen werden in den gängigen Parametrisierungen quasi-statisch beschrieben. Dabei wird gemäß dem klassischen Ansatz von McFarlane angenommen, dass eine solche orographische Welle sich zunächst konservativ ausbreitet. In konvektiv instabilen Regionen, gekennzeichnet durch einen negativen Gradienten der absoluten potentiellen Temperatur, dissipiert sie. Nach der Sättigungshypothese wird die Amplitude der Welle gerade so gedämpft, dass sie marginal stabil bleibt. Die Dämpfung selbst wird durch einen turbulenten Diffusionskoeffizienten beschrieben, der nur auf die lokal parametrisierte orographische Welle wirkt. Auch basieren bisherige Ansätze auf der Annahme kleiner vertikaler Wellenlängen. In der für das KMCM neu entwickelten orographischen Schwerewellenparametrisierung haben wir den klassischen Ansatz von McFarlane in mehrerer Hinsicht erweitert. Zum einen wurde das Schema sowohl an das Turbulenzmodell des KMCM als auch an die Parametrisierung nichtorographischer Schwerewellen gekoppelt. Dadurch wird zum Beispiel die Dämpfung orographischer Schwerewellen durch Grenzschichtturbulenz erstmals berücksichtigt. Zum anderen wurde die zugrundeliegende, sogenannte WKB-Theorie dahingehend erweitert, dass beliebig lange vertikale Wellenlängen konsistent berücksichtigt werden können. In ersten Testsimulationen haben wir den Einfluss der neuen Parametrisierung abgeschätzt. Abb. 52.1 zeigt farbig die Änderungen von Temperatur und Zonalwind sowie die Änderung des Antriebes der residuellen Zirkulation durch Rossby-Wellen und nichtorographische Schwerewellen für die nördliche Winterhemisphäre, die sich durch die Berücksichtigung orographischer Schwerewellen ergeben. Die Temperaturänderung zeigt ein um die Stratopause zentriertes Quadrupolmuster, welches mit dem entsprechenden Dipolmuster im Zonalwind thermisch balanciert ist. Diese Muster folgen grob dem veränderten Wellenantrieb durch Rossby-Wellen und nichtorographische Schwerewellen (Farben in Abb. 52.1c), nicht jedoch dem auslösenden orographischen Wellenantrieb (schwarze Isolinien in c). Diese nichtlineare Wechselwirkung der unterschiedlichen Wellenantriebe soll in Zukunft näher untersucht werden. Abb. 52.1: Modellantwort (Farben) in der nördlichen Winterstratosphäre und -mesosphäre bei Berücksichtigung orographischer Schwerewellen für (a) Temperatur, (b) Zonalwind und (c) Antrieb der residuellen Zirkulation durch Rossby-Wellen und nichtorographische Schwerewellen (wave drag). Die Isolinien in a und b zeigen die Resultate des Kontrolllaufes. Die Isolinien in c zeigen den Antrieb durch orographische Schwerewellen. 134
A Liste der Drittmittelprojekte (sortiert nach Drittmittelgebern) SOLEIL I+II+III: Solar variability and trend effects in layers and trace gases DFG Förderkennzeichen LU 1174/3-1,2,3 Beteiligte Wissenschaftler: Lübken, Berger, Kiliani Laufzeit: 01.05.2005 – 31.12.2011 Application as coordinator of the CAWSES priority programme(I+II+III and EISCAT) DFG Förderkennzeichen LU 1174/5-1,2,3 Beteiligter Wissenschaftler: Lübken, Engler, Li, Röttger Laufzeit: 01.01.2007 – 30.04.2012 EISCAT I+II+III: Investigation of the influence of charged aerosol particles on the scattering of radar waves using EISCAT DFG Förderkennzeichen RA 1400/2-1,2,3 Beteiligte Wissenschaftler: Rapp, Strelnikova, Li, Engler Laufzeit: 01.06.2005 – 30.09.2011 DORIS: Beobachtung stratosphärischer und mesosphärischer Winde mit einem inkohärenten Doppler- Wind-Lidar: Windmessungen in der arktischen mittleren Atmosphäre DFG Förderkennzeichen BA 2834/1-1 Beteiligte Wissenschaftler: Baumgarten, Fiedler, Hildebrand Laufzeit: 01.03.2006 – 31.10.2012 GW-TURB-I+II: Atmospheric coupling by gravity waves: climatology of gravity wave activity, mesospheric turbulence and their relations to solar activity DFG Förderkennzeichen SI 501/5-1,2 Beteiligte Wissenschaftler: Singer, Hoffmann, Zecha, Grandhi Laufzeit: 01.05.2007 – 31.10.2011 SAGES: Simulation und Analyse des globalen atmosphärischen Energiespektrums von der Grenzschicht bis zur Mesopause DFG Förderkennzeichen BE 3208/2-1 Beteiligte Wissenschaftler: Becker, Brune Laufzeit: 01.01.2010 – 31.12.2010 PIGW-LEWIZ I+II: Impact of inertia-gravity waves (IGW) generated in the upper troposphere on precipitation events and the interaction of both phenomena, part I and II DFG Förderkennzeichen PE 474/4-1,2 Beteiligte Wissenschaftler: Peters Laufzeit: 01.04.2005 – 31.12.2010 SORACAL: The Influence of Solar Radiation Perturbations on the Coupling of Atmosphere, Layers II + III DFG Förderkennzeichen PE 474/5-2,3 Beteiligte Wissenschaftler: Peters, Gabriel Laufzeit: 01.01.2008 – 30.09.2012 135
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Beim moderneren MAARSY-Radar auf An
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