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

14 KAPITEL 2. DATENSÄTZE UND METHODIK
2.2 Methodik
2.2.1 STE- Trajektorien
Zur Untersuchung der Einträge von stratosphärischer Luft in die tropische Troposphäre
wird in dieser Arbeit die Langrangesche Perspektive verwendet. Mit Hilfe des Trajektorienprogramms
LAGRANTO 5 von Wernli und Davies [1997] wurde von Markus Jonas im
Rahmen seiner Dissertation [2007] ein klimatologischer Trajektoriendatensatz zum Luftmassentransport
durch die Tropopause erstellt. Auf diesen so entstandenen Datensatz wurden
Kriterien angewandt, um die für die Beantwortung der Fragen dieser Arbeit interessanten
Austauschereignisse auszuwählen.
Die Bestimmung von Austauschtrajektorien geschieht wie folgt: Da die Analysedaten
mit einem spektralen Modell erstellt wurden, erfolgte eine Interpolation auf ein reguläres
Länge- Breite- Gitter. Auf diesen Gitterpunkten wurden täglich um 0 UTC 24h-
Vorwärtstrajektorien für den gesamten ERA40- Zeitraum gestartet. Eine Trajektorie beschreibt
in den Aussertropen eine Luftmasse mit der Dimension von 80km x 80km in der horizontalen
und 30hPa in der vertikalen Richtung. Berechnungen starteten auf Höhenniveaus
von 590hPa bis 50hPa. In den Tropen beträgt die vertikale Dimension 10hPa und die
Starthöhe wurde zwischen 300hPa und 80hPa gewählt. Für diese Arbeit sind die Tropen
zwischen 20 ◦ S und 20 ◦ N definiert. Demzufolge wird eine Trajektorie als ”Tropentrajektorie“
bezeichnet, wenn sie sich zum Startzeitpunkt (0 UTC) zwischen 20 ◦ S und 20 ◦ N befindet,
der Rest der Trajektorien gilt als aussertropisch.
Eine einzelne 24h- Trajektorie wird als vorläufiges STE- Ereignis bewertet, wenn sie
die dynamische Tropopause von der Stratosphäre zur Troposphäre (STT) oder umgekehrt
(TST) durchstößt. Der Austausch findet demzufolge im Zeitintervall von 0 bis 24 Stunden
statt. Die dynamische Tropopause ist definiert als die tieferliegendere Isofläche der 2PVU-
Isofläche und der 380K- Isofläche der potentiellen Temperatur. Abbildung 1.1 zeigt, dass
sich diese beiden Isoflächen in den Tropen schneiden. Die Schnittpunkte unterliegen einem
jahreszeitlichen Gang. Im Januar 1993 beträgt die Fläche, in der die Tropopause durch die
380K beschrieben wird, ungefähr 20 ◦ in meridionaler Richtung. Das bedeutet, dass innertropisch
die Tropopause etwa zur Hälfte durch die Θ- Fläche charakterisiert ist, die PV-
Isofläche für die andere Hälfte sowie auch für die Extratropen als Tropopause gilt. Diese
Tatsache wird in Kapitel 3 noch einmal genauer besprochen.
Trajektorien, die dieses 1. Kriterium des Tropopausenübertritts erfüllen, werden weitere
4 Tage in die Zukunft (+24h bis +120h) und in die Vergangenheit (0h bis -96h) gerechnet.
Dadurch erhält man eine Trajektorie, welche symmetrisch um das Austauschzeitintervall
0 bis 24 Stunden ist und einen Zeitraum von insgesamt 9 Tagen abdeckt. Für die Identifizierung
von stratosphärischen Luftmassen die in die Troposphäre eindringen, werden
dementsprechend nur die STT- Ereignisse betrachtet.
Des Weiteren wird der Datensatz auf die Trajektorien beschränkt, deren Residenzzeit
in der Stratosphäre und in der Troposphäre mindestens 96 Stunden beträgt. Dadurch wird
5
LAGRangian ANalysis TOol