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

44 Der Einfluss stationärer Wellen auf die Annularen Moden
der Troposphäre und Stratosphäre
(H. Körnich, G. Schmitz, E. Becker)
Die großskalige Variabilität der extratropischen Troposphäre und Stratosphäre wird auf den
Zeitskalen von Wochen bis zu Jahren von den so genannten Annulare Moden dominiert, die
ein ringförmiges Muster um den Pol beschreiben. Der Unterschied zwischen dem nord- und
südhemisphärischen Annularen Mode wird im Allgemeinen auf die unterschiedliche Anregung
stationärer Wellen in den beiden Hemisphären zurückgeführt.
Hier wird über den Einfluss der einzelnen Anregungen planetarer Wellen aus Orographie
und Land-Meer-Verteilung auf die Annularen Moden berichtet (Körnich et al., Geophys. Res.
Lett., 30, 2003). Dazu wird das mechanistisches Modell KMCM der atmosphärischen Zirkulation
genutzt. Ausgehend von einem Experiment ohne Anregung stationärer Wellen wird entweder
nur die Orographie (Experiment WO) oder die Land-Meer-Verteilung (Experiment QCM)
berücksichtigt. Schließlich werden beide Anregungen im Experiment FULL kombiniert. Für jedes
Zirkulationsexperiment wird eine Datenreihe von 10 Jahren zu konstanten Winterbedingungen
erstellt.
In der Troposphäre ergibt jedes Zirkulationsexperiment einen intern induzierten Annularen
Mode. Die entsprechenden Muster wurden über die empirischen orthogonalen Funktionen des
Geopotentials auf 300 hPa bestimmt und sind für die Experimente mit Anregung stationärer
Wellen in der Abbildung 44.1 dargestellt. Die Muster weisen dabei deutliche Unterschiede in
ihrer Stärke auf. Der Annulare Mode mit der schwächsten zonal symmetrischen Komponente
tritt bei alleiniger Anregung durch Orographie auf (Abb. 44.1b). Dagegen zeigt das Muster
bei Kombination von Orographie und Land-Meer-Verteilung den stärksten zonal symmetrischen
Anteil mit deutlichen Aktionszentren über den Ozeanen (Abb. 44.1c). Für diese Anregung stationärer
Wellen stimmt der Annulare Mode näherungsweise mit dem beobachteten Muster der
winterlichen Nordhemisphäre überein.
Die stratosphärischen Variabilitätsmuster der Experimente wurden anhand der führenden
empirischen orthogonalen Funktionen des Geopotentials auf 10 hPa und des zonal gemittelten
Zonalwinds untersucht. Hierbei tritt allein für die Kombination von Orographie und Land-Meer-
Verteilung ein stratosphärischer Annularer Mode mit einer starken Schwankung des Polarwirbels
auf. Außerdem finden nur bei dieser Anregung stationärer Wellen stratosphärische Erwärmungen
und ein Herabschreiten einer polaren Temperaturschwankung statt. Dieses Experiment ist
vergleichbar mit der beobachteten, winterlichen Nordhemisphäre.
Abb. 44.1: Empirische orthogonale Funktionen des tiefpassgefilterten Geopotentials auf 300hPa für
die Experimente QCM (a), WO (b) und FULL (c). Die Muster sind mit der Standardabweichung der
zugehörigen Hauptkomponente gewichtet. Die beschriebene Varianz jeder Funktion steht im jeweiligen
Titel. Alle Abbildungen zeigen die jeweilig erste Funktion außer in (b), wo die vierte dargestellt ist. Das
Konturintervall beträgt 20 m. Positive Werte sind rot schattiert, negative blau.
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