Institutsbericht 2002/2003 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

38 Die ganztägige Gezeit in der Stratosphäre und der Mesosphäre
und ihre Abhängigkeit vom Hintergrundwind und
von planetaren Wellen
(N. Grieger, G. Schmitz, U. Achatz, B. Wecke)
Thermisch angeregte Gezeiten werden in der Troposphäre infolge Konvektion und Kondensation
und durch die solare Heizung im Wasserdampf angeregt. In der Stratosphäre sind sie wesentlich
von der solaren Heizung im Ozon bestimmt. Sie breiten sich bis in die Mesosphäre und Thermosphäre
aus und koppeln so diese atmospärischen Schichten. In dieser Arbeit wird ausschließlich
auf die ganztägige Komponente eingegangen.
Mit Hilfe eines allgemeinen Zirkulationsmodells (MA-GCM) das bis in die Mesosphäre und
untere Thermosphäre (MLT) ausgedehnt ist, kann gezeigt werden, dass die so gewonnenen Modellgezeiten
mit Messungen an einzelnen MF Radarstationen vergleichbar sind. Zur Interpretation
der in einem komplexen GCM ermittelten Gezeiten ist es hilfreich, mit einem linearen Modell
die wesentlichen Mechanismen zur Anregung und Ausbreitung der Gezeiten zu studieren. Das
hier verwendete lineare Modell basiert auf dem KMCM (Becker und Schmitz, J. Atmos. Sci., 59,
2002), das eine vergleichbare Dynamik besitzt wie das oben erwähnte MA-GCM. Mit den aus
diesem GCM ermittelten Hintergrundfeldern in u,v und T sowie den einzelnen Komponenten
der Erwärmung in der Troposphäre und Stratosphäre kann man getrennt den Einfluss einzelner
thermischer Quellen bzw. den Einfluss des zonal gemittelten Hintergrundes und der planetaren
Wellen abschätzen (Grieger et al., JASTP, in Druck, 2004).
Abb. 38.1: Amplituden und Phasen (Isolinien) [h] der
ganztägigen migrierenden Gezeitenkomponente im Meridionalwind
[m s −1 ] für verschiedene Anregungen im linearen Modell:
Anregung infolge kurzwelliger und infraroter Einstrahlung (sh)
und Heizung infolge großräumiger Kondensation und Konvektion
(cch): all, Anregung infolge sh, berücksichtigt in der Stratosphäre
allein: sh-strat, sh nur aus der Troposphäre: sh-trop
sowie Anregung nur aus cch: cch. Das Konturinterval für die
Amplituden beträgt 4 m s −1 und für die Phase 3 h. Als Phase
wird hier die lokale Zeit beim Durchgang des Gezeitenmaximums
betrachtet.
Die mit dem linearen Modell
LINKMCM gewonnenen Ergebnisse
für die sonnensynchron mit der
zonalen Wellenzahl 1 umlaufenden
(migrierenden) Gezeitenkomponente
im Meridionalwind v ist vergleichbar
mit der aus dem MA-
GCM. Es ergeben sich zwei in
tiefen Breiten liegende Maxima,
Abb. 38.1, die in 80-90 km auch mit
anderen linearen Modellierungen
übereinstimmen. Für die Temperatur
konnte auch der Jahresgang der
migrierenden Gezeit interpretiert
werden, wobei sich ergab, dass die
Temperaturwerte gegenüber den
UARS Analysen (McLandress et
al., J. Geophys. Res., 101, 1996)
kleiner sind.
Es ist bekannt, dass ein wesentlicher
Anteil der migrierenden
Gezeitenanregung aus der Strahlungsabsorption
im tropospherischen
Wasserdampf resultiert. Aus
Abb. 38.1 ist klar erkennbar, dass
auch die Anteile, die aus der
großräumigen Kondensation und Konvektion (cch) herrühren und der Anteil, der aus der solaren
Erwärmung in der stratosphärischen Ozonschicht (sh-strat) resultiert nicht vernachlässigbar
sind. So bestimmt der letztere Anteil die Gezeit in hohen Breiten, während cch bis zu 25 % der
Amplituden in tiefen Breiten ausmachen. Mit dem linearen Modell kann der Einfluss planetarer
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