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

49 Trägheitsschwerewellen und Rossby-Wellenbrechen über Norddeutschland
(D. Peters, Ch. Zülicke, P. Hoffmann, A. Serafimovich, M. Gerding)
In der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre der mittleren Breiten werden ostwärts
ausbreitende Rossbywellen beobachtet, die die Dynamik, den Transport und den Austausch in
der Tropopausenregion bestimmen. Diese Rossbywellen entstehen aus der baroklinen Instabilität
des Grundstroms und breiten sich in Westwindjets aus. In Schwachwindregionen wächst
die Amplitude dieser Wellen stark an. In Abhängigkeit von der Anfangsamplitude sowie lokal
horizontalen barotropen Windscherungen können die Rossbywellen äquatorwärts oder polwärts
brechen. Man klassifiziert das Rossby-Wellenbrechen (RWB) in 4 Typen, d.h. äquatorwärts LC1
(stromaufwärts) und LC2 (stromabwärts) sowie polwärts P1 (stromaufwärts) und P2 (stromabwärts)
(Peters & Waugh, J. Atmos. Sci., 53, 1996). Während der Ereignisse von RWB können
Trägheitsschwerewellen (TSW) erzeugt werden. Sie breiten sich in lokal starken Westwindjets
westwärts und vertikal aus. Bei bestimmten Strömungsverhältnissen besteht auch die Möglichkeit,
dass sich die TSW bis zur Stratopause und höher ausbreiten können, wenn ein stratosphärischer
Polarjet auftritt. Ein Ziel unseres Projektes war die Bestimmung der Struktur der
Ereignisse des RWB auf der Basis der EZMW-Re-Analysen (ERA40) über Norddeutschland im
Winter, um die Häufigkeit von Ereignissen des RWB und die Lage des Polarwirbelrandes zu
bestimmen. Eine Auswertung der RWB-Ereignisse während unserer Winterkampagnen (1999-
2003) zeigte, dass sich Norddeutschland für mehr als 40% der gesamten Wintertage unter ihrem
Einfluss befand; deswegen traten in der oberen Troposphäre oft lokalisierte und besonders starke
Jets über diesem Gebiet auf. Für 15% der Wintertage wurde ein schwaches P2 und für 15% ein
starkes P2 Ereignis von RWB beobachtet. P1 (4%) und LC1 (4%) Ereignisse des RWB traten
nicht so oft auf und das LC2 (2%) Ereignis war selten. D.h. für mehr als 30% der Wintertage der
4 Jahre war Norddeutschland unter dem Einfluss von polwärts und stromabwärts brechenden
Rossbywellen vom Typ P2. Während ausgewählter RWB-Ereignisse wurden am IAP Kühlungsborn
11 umfangreiche Messkampagnen mit etwa 17 Radiosondenaufstiegen (in 3 Stunden Abstand)
und kontinuierlichen VHF-Radarmessungen durchgeführt. Unsere Kampagnen umfassen
9 P2 Ereignisse, mit oder ohne Polarwirbel, sowie 2 P1 und 1 LC1 Ereignisse. Kein LC2 Ereignis
konnte in die Studie mit einfließen, weil dieses Ereignis sehr selten und wenn dann südlich von
Kühlungsborn auftrat.
height in km
40
30
20
10
0
a) b)
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130
zonal wind in m/s
1
5
10
30
50
100
200
300
500
pressure in hPa
height in km
40
30
20
10
0
-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
temperature in ° C
Abb. 49.1: Mittlerer zonaler Wind (a) und Temperatur (b) über Kühlungsborn im Winter der Periode
1991-2001 (grün), für die Kampagne K1 (17.-19.12.1999) (rot) und K10 (6.3-8.3.2002) (blau). Mittelwerte
sind als durchgezogene Linien und Varianzen als gestrichelte dargestellt.
133
1
5
10
30
50
100
200
300
500
pressure in hPa