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

26 Komposit-Analyse der zeitlichen Variationen mesosphärischer
Wellen während stratosphärischer Erwärmungen
(V. Matthias, P. Hoffmann, M. Rapp, G. Baumgarten)
Abb. 26.1: (a) Temperaturverlauf im Winter 2009
um Andenes aus MLS-Daten; (b) Zonal gemittelter
Zonalwind (schwarz) bei 60 ◦ N und Temperaturgradient
(rot) zwischen 60 ◦ N und 90 ◦ N bei 10 hPa für
2009 aus ECMWF-Daten; Die gestrichelte Linie markiert
den Referenztag für die Stichtaganalyse.
Die stratosphärische Erwärmung (Sudden Stratospheric
Warming – SSW) ist eine der spektakulärsten
Kopplungsprozesse der mittleren Atmosphäre.
Neben dem charakteristischen Temperaturanstieg
um bis zu 80 K in der Stratosphäre
und dem gleichzeitigen Abkühlen der
Mesosphäre (siehe dazu Abb. 26.1a) ist auch
die Windumkehr von ostwärts auf westwärts
gerichteten Wind ein eindeutiges Merkmal. Die
wissenschaftlich anerkannte Ursache für dieses
Phänomen ist das Wechselwirken von planetaren
Wellen (PW) mit dem Grundstrom.
Das Ziel dieses Beitrages ist es, das mittlere
Verhalten von mesosphärischen Wellen relativ
zum zeitlichen Verlauf einer starken SSW
(Major Warming) mit Hilfe einer Kombination
aus hochaufgelösten MF- und Meteorradardaten
aus Andenes (69 ◦ N, 16 ◦ O) und globalen
Satellitendaten (Microwave Limb Sounder –
MLS) zu untersuchen.
Um eine Stichtaganalyse aus mehreren
Events durchführen zu können, benötigt man einen Referenztag. Dieser ist im Falle eines Major
Warmings der Tag der Windumkehr bei 10 hPa (∼32 km) und des gleichzeitigen Maximums
des Temperaturgradienten zwischen 60 ◦ N und 90 ◦ N. Abb. 26.1b zeigt als Beispiel den Referenztag
(gestrichelte Linie) für 2009. Andere Major Warmings, die ebenfalls in die Analysen mit einfließen,
stammen aus den Jahren 1998/99, 2004, 2006 und 2010, wobei MLS-Temperaturdaten erst ab
August 2004 zur Verfügung stehen.
Betrachtet man das Waveletspektrum der Winde einer solchen starken SSW, welches in
Abb. 26.2a am Beispiel für 2009 dargestellt ist, so erkennt man neben weniger auffälligen 2–5-
Tage-Wellen auch eine starke 10-Tage- und 16-Tage-Welle. Diese treten auch in den anderen hier
betrachteten Jahren auf und werden daher im Folgenden näher betrachtet.
Abb. 26.2: (a) Aktivität der PW relativ zur SSW im Jahr 2009 aus Meridionalwinden über Andenes in
einer Höhe von 85 km; Komposit der Amplitude der 10-Tage- (b) und 16-Tage-Welle (c) relativ zur SSW
aus Meridionalwinden aus Andenes für die Winter 2004, 2006, 2009 und 2010.
Abb. 26.2b und Abb. 26.2c zeigen das Komposit der Amplitude der 10-Tage- und 16-Tage-Welle
relativ zur SSW. Während die starke 10-Tage-Welle zeitgleich mit der Erwärmung auftritt, hat die
schwächere 16-Tage-Welle ihr Maximum davor. Die Wellenzahlen dieser beiden Wellen wurden
durch das Anwenden einer zweidimensionalen Least-Squares-Methode auf die globalen Tempera-
85