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

48 Eine Studie zum Rossby-Wellenbrechen in der oberen Troposphäre
der winterlichen Südhemisphäre
(D. Peters, D. W. Waugh 8 )
Das Wellenbrechungsphänomen von planetaren Wellen kann oft in der winterlichen oberen Troposphäre
und unteren Stratosphäre beobachtet werden. Rossby-Wellen, die sich ostwärts in der
Umgebung des subtropischen Strahlstroms (Jet) ausbreiten, verstärken sich stromabwärts in der
Schwachwindregion. Luftmassen werden relativ schnell bewegt und rollen sich zyklonal oder antizyklonal
ein. Nach einer relativ langen Lebenszeit dieser Anomalien werden die Luftmassen mit
der umgebenden Luft vermischt. Nahezu die gleichen Strukturen werden in verschiedenen isentropen
Schichten nahe der Tropopause beobachtet, was die barotrope Natur dieser Ereignisse zeigt.
Der Einfluss des barotropen Deformationsfeldes auf Charakteristika des Rossby-Wellenbrechens
wurde von vielen Autoren für den Winter der Nordhalbkugel untersucht (Peters & Waugh, J.
Atmos. Sci., 53, 1996). Es ist bekannt, dass die winterlichen großräumigen Strukturen der oberen
troposphärischen Zirkulation der Südhalbkugel sich von der der Nordhalbkugel unterscheiden.
In dieser Arbeit werden das ”Potentielle Vorticity” (PV) - Denken (d.h. wegen der Erhaltung
der Ertelschen PV (EPV) auf isentropen Flächen im reibungsfreien und adiabatischen Fall sind
die EPV-Konturen mit den Strömungslinien identisch) und barotrope Scherungsargumente benutzt,
um die südhemisphärische Luftströmung im Winter zu untersuchen. Wir werden uns auf
das Rossby-Wellenbrechen in der oberen Troposphäre mittlerer Breiten konzentrieren. Die auf
NCEP Re-Analysen basierenden monatlich gemittelten Winde werden benutzt, um die mittlere
Strömungsstruktur auf Druckflächen zu untersuchen, d.h. die zwischenjährliche und intrasaisonale
Variabilität der Süd- und Nordhalbkugel für die Periode 1982-1994. Die tägliche Variation
der winterlichen Strömung wird für die Jahre 1990 bis 1993 auf der Basis der täglichen
EZMW-Analysen studiert. Da wir an der Charakteristik der Rossby-Wellen interessiert sind,
konzentrieren wir uns auf die Entwicklung der Größen auf Isentropen-Flächen. Gleitende Mittelwerte
des zonalen Windes wurden berechnet, um die Grundzustände, in denen sich die Wellen
ausbreiten können, zu bestimmen. Die Entwicklung der Strömung wird mittels EPV, basierend
auf den Analysen, zusammen mit Konturadvektions (KA)-Rechnungen untersucht. Diese Rechnungen
wurden mit den ”analysierten” EPV-Konturen nahe der Tropopause initialisiert und
mit ”analysierten” Winden bewegt. In allen Fällen gibt es eine gute Übereinstimmung zwischen
der ”analysierten” EPV und den Konturen der KA-Rechnungen, wobei die KA-Rechnungen die
feineren Strukturen zeigen, die von der ”analysierten” EPV nicht aufgelöst werden kann.
Abb. 48.1: Schematische Darstellung der 4 idealisierten
Zonalwind-Konfigurationen in einem Sektor: a) einfacher
subtropischer Jet (SJ), b) ”geteilter” Jet (BJ), c) Doppeljet
stromauf des subtropischen Jets STJ (DU), d) Doppeljet
stromab des subtropischen Jets (DD).
8 Johns Hopkins University, Baltimore, USA
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Obwohl die südhemisphärische Strömung
mehr zonal symmetrisch ist
als die der Nordhemisphäre, gibt es
noch längenabhängige Variationen der
Strömung in der Südhemisphäre. Beide,
der subtropische Jet (STJ) und der polare
Jet (PJ), haben lokal hervorgehobene
Maxima: der STJ über der australisch
- pazifischen Ozeanregion und der
PJ über dem indischen Ozean. Es gibt
eine große zwischenjährliche und intrasaisonale
Variabilität in der Position und
Stärke der Jets in der Südhalbkugel und
es treten zwei Zentren der maximalen
STJ-Variabilität auf; eines über Australien
und ein anders über dem pazifischen
Ozean. Die höchste Variabilität des PJ