Der Transport stratosphärischer Luftmassen in ... - Staff.uni-mainz.de

2 KAPITEL 1. EINLEITUNG
1.1 Grundlagen- Stand der Wissenschaft
1.1.1 Atmosphäre der Erde
Die Atmosphäre unserer Erde ist in mehrere Schichten (Sphären) unterteilt, welche sich
durch die so genannten ”Pausen“ voneinander abtrennen. Im Temperaturprofil sind die
”Pausen“ durch eine deutliche Änderung des Temperaturgradienten bestimmt. Das Temperaturprofil
wird durch mehrere Prozesse beeinflusst. Einige wenige, welche einzeln und in
rückkoppelnder Wirkung die Temperatur mitbestimmen, sollen hier stellvertretend genannt
werden.
• Strahlungsabsorption und -emission durch Spurengase (z.B. H 2 O, CO 2 , O 3 )
• Einflüsse von Wolken und Aerosol auf den Strahlungshaushalt
• Freisetzung latenter Wärme durch Kondensation von Wasserdampf
• Atmosphärischer Transport
Die einzelnen Sphären besitzen unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften.
Dadurch wird klar, dass sich in jeder Sphäre ein unterschiedlicher Temperaturgradient
einstellt.
Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Atmosphäre vom Boden bis an die
erste Pause, die Tropopause. Die darüberliegende zweite Schicht ist die Stratosphäre.
Die Troposphäre ist die Schicht, in der Tropfen- und Wolkenbildung stattfindet und
ist damit die wetterwirksamste Schicht der Atmosphäre. Die Temperatur nimmt in der
Troposphäre im Mittel 6.5 K
km
ab. Gut ausgeprägte vertikale Winde und eine allgemein
schwächere Stabilität als in der Stratosphäre führen zu einer guten Durchmischung der
Troposphäre. Dies ist ein Grund dafür, dass die chemischen Komponenten im Durchschnitt
die selben Mischungsverhältnisse über die gesamte Troposphäre aufweisen, im Gegensatz
zur Stratosphäre.
Die darüberliegende Atmosphärenschicht, die Stratosphäre, ist charakterisiert durch
eine durchgängige Temperaturzunahme bis in eine Höhe von etwa 50km, was zu einer
stabilen Schichtung führt [Holton et al. 1995]. Die stabile Schichtung und geringere
vertikale Windgeschwindigkeiten als in der Troposphäre führen zu geringerer vertikaler
Durchmischung.
Die Fläche, welche die beiden untersten Atmosphärenschichten trennt, ist die Tropopause.
Diese kann auf verschiedene Weise definiert werden. Die Höhe der Tropopause
ist, nach der Definition der World Meteorogical Organisation, die niedrigste Höhe bei der
der vertikale Gradient der Temperatur ≤2 K km
erreicht. Zusätzlich darf gemittelt zwischen
dieser Höhe und einer Höhe innerhalb der umgebenden 2km der Gradient den Wert
von 2 K
km
nicht überschreiten [WMO 1986]. Da sich die Tropopause im chemischen Sinne
wie eine materielle Fläche verhält, die thermische Definition diesen Umstand aber nicht
beinhaltet, ist die Einführung von dynamischen Tropopause sinnvoll [Holton et al. 1995].
Wie in Abbildung 1.1 zu sehen, kann man in guter Näherung in den Tropen die 380K-