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

6 KAPITEL 1. EINLEITUNG
in wolkenfreier Luft (CAT 7 ), zu Austauschereignissen.
Aufsteigende warme Luftmassen auf der Vorderseite von Kaltfronten, so genannte
warm conveyor belts, führen zum schnellen Transport von Luft aus der tiefen Troposphäre
in die Stratosphäre [Wernli and Bourqui 2002].
STE in Verbindung mit mesoskaligen konvektiven Systemen bzw. Gewittern sind eine
weitere Quelle für stratosphärische Luft in der Troposphäre und umgekehrt. Überschießende
Luftmassen, in Folge von Bildung latenter Wärme bei der Wolkenbildung und ausreichend
CAPE 8 , können zu einem Transport von der Troposphäre in die Stratosphäre führen. Die
umgekehrte Austauschrichtung, STT, wird durch Strahlungskühlung an der Obergrenze
von Wolken einer solchen konvektiven Region realisiert. Strahlungskühlung ist auch in sehr
stabilen Antizyklonen der Prozess, der zu stratosphärischen Einträgen in die Troposphäre
führt.
Des Weiteren kommt es durch brechende Schwerewellen, vor allem hinter Gebirgen,
zum Luftmassenaustausch zwischen den beiden Sphären.
1.1.3 Ozon
Um den Einfluss von STT- Einträgen auf das Ozonbudget zu untersuchen, muss klar sein,
wie ein Ozonprofil in der Atmosphäre aussieht, wie dieses Profil entsteht und wie dessen
Variationen sind. Diese grundlegenden Aspekte sollen das Thema in diesem Abschnitt sein.
Das Ozon befindet sich zu 90% in der Stratosphäre und zu 10% in der Troposphäre.
Die sogenannte Ozonschicht liegt zwischen 15km und 35km Höhe mit einem maximalen
Mischungsverhältnis von ca. 10ppmv in 25km bis 30km [Borrmann 2005]. Ozon hat
die Fähigkeit, UV- Strahlung im Wellenlängenbereich ≤ 1190 nm zu absorbieren. Die
stratosphärische Ozonschicht ist für das Leben auf der Erde von größter Bedeutung, da
diese einen Anteil der UV- Strahlung (≤ 340nm) absorbiert, welche für den Menschen
gefährlich ist. Die Absorption von Strahlung führt zu einer Erwärmung dieser Schicht. Es
wird daher klar, dass sich die Stratosphäre mit zunehmender Höhe erwärmt, korreliert mit
dem zunehmden Ozonmischungsverhältnis. Bei der Photodissoziation entsteht ein O( 1 D)-
Atom, welches mit Wasserdampf zum OH- Radikal reagiert [Zachariasse et al. 2000].
Die Strahlungsabsorption erzeugt also nicht nur Wärme, sondern bildet mit dem OH-
Radikal, ein Molekül, welches anderen Radikalen gut ein H- Atom entziehen kann, und zu
H 2 O reagiert. Aufgrund dieser Eigenschaft wird das OH- Radikal auch ”Waschmittel der
Atmosphäre“ genannt [Borrmann 2005]. Durch die Strahlungsabsorption wird auch klar,
dass Ozon als ein Treibhausgas gilt [Thompson et al. 2003b].
Die Abbildung 1.3 zeigt die mittleren Ozonprofile, gemessen durch Ballonsondierungen
an verschiedenen Standorten in den Tropen (links) sowie die saisonale Variabilität an einer
Sondenstation (Natal, Brasilien: 35.38 ◦ W, 5.42 ◦ S, rechts). Die Details zur Berechnung der
Mittelwerte sowie die Datengrundlage werden in Abschnitt 2.1.2 erläutert.
7
8
clear air turbulence
Convective Available Potential Energy