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

Das klimatologische Mittel (ERA40 Daten alle 6 Stunden) über 10 Jahre (1991-2001) des
zonalen Windes und der Temperatur mit ihren Varianzen sind in der Abb. 49.1 für Kühlungsborn
dargestellt. Der mittlere zonale Wind (Abb. 49.1a) erreicht 15 m s −1 in der Tropopausenregion
und steigt kontinuierlich bis etwa 70 m s −1 mit der Höhe an. Die stärksten Varianzen treten
in der oberen Troposphäre und obere Stratosphäre auf. Die Tropopause liegt zwischen 9 und
11 km Höhe, aber die mittlere stratosphärische Kältepunkttemperatur (-67 ◦ C) ist in einer Höhe
von 25 km anzutreffen, gefolgt von einer starken Zunahme der Temperatur bis zur Stratopause
(Abb. 49.1b). Basierend auf der Dispersiongleichung für TSW kann man feststellen, dass im
Mittel im Winter gute Bedingungen für die Ausbreitung subsynoptischer TSW oberhalb der
Tropopause über Norddeutschland anzutreffen sind. Der mittlere zonale Wind zeigt während
der Kampagne K1 (17.-19.12.1999) einen troposphärischen (∼ 40 m s −1 ) und stratosphärischen
Strahlstrom (∼ 80 m s −1 ) mit einem Minimum zwischen ihnen von 20 m s −1 (Abb. 49.1a), so
dass sich subsynoptische TSW vertikal ausbreiten können. Für die Kampagne K10 (6.-8.3.2002)
existiert ein vergleichbarer troposphärischer Jet aber kein stratosphärischer, so dass die vertikale
Ausbreitung gedämpft wird. Im K1 Fall ist die mittlere Stratosphäre besonders kalt (-77 ◦ C)
und das Minimum liegt mit 30 km Höhe relativ hoch. Ein weiteres Ziel war die Untersuchung
der Anregungsmechanismen und der Ausbreitung von TSW in Verbindung mit Ereignissen von
RWB.
Abb. 49.2: Schema der Trägheitsschwerewellen-Ausbreitung
(Erläuterung siehe Text).
Während der Kampagnen bestimmten wir mit
Radiosonden die intrinsische und mit dem VHF-
Radar die Frequenz für einen festen Beobachter
und berechneten über die Doppler-Verschiebung
die horizontale Wellenlänge. Weiterhin wurden die
ermittelten Daten mit Standardmethoden analysiert,
um die Energiespektren und Phasen zu
ermitteln. Eine genauere Untersuchung der Dezember
1999 (schwaches P2 RWB mit Polarwirbel)
und der März 2002 (starkes P2 RWB ohne
Polarwirbel) Kampagnen zeigte TSW mit 600-
1000 km horizontaler (Lx) und 2-4 km vertikaler
(Lz) Wellenlänge sowie intrinsischen Perioden (τ)
von 12-14 h. Im Fall K1 ergibt sich folgendes Bild
(Abb. 49.2): Die Wellen werden am troposphärischen
Jet durch geostrophische Anpassung erzeugt
und breiten sich auf- und abwärts, aber stromaufwärts
aus. Bedingt durch den starken Polarwirbel
erreichen sie die Stratopause. Mit einem
mesoskaligen Modell, dem MM5, modellierten wir
auch die beiden oben erwähnten Kampagnen und fanden TSW mit den Parametern: Lx über
500 km; Lz: 2-4 km; τ: 10-13 h (siehe Kap. 50). Eine größere Anzahl von numerischen Experimenten
wurde durchgeführt, um die verschiedenen Generierungsprozesse von TSW zu untersuchen.
Für einen Lauf ohne Orographie und Feuchte fanden wir lange TSW von Lx=300 km bis 1300 km,
was die Anregung durch den troposphärischen Strahlstrom belegt. Es wurde auch gezeigt, dass
kürzere Wellen (∼ 200 km) durch Orographie und starke Konvektion angeregt werden und sich
schneller in der Troposphäre und Stratosphäre ausbreiten. Die Analyse der Trägheitsschwerewellen
unter Verwendung von Daten zweier Radarmessungen in Kühlungsborn und Lindenberg
für den Zeitraum der Kampagne K1 bestätigt die erhaltenen Resultate (siehe auch Kap.34).
Unser besonderer Dank gilt dem LEWIZ-Team des IAP für die Radiosondenstarts (http:/www.iap-
kborn.de/modell/PETERS/LEWIZ/lewizafo.htm) sowie dem Deutschen Wetterdienst für die Bereitstellung der
EZMW Re-Analysen.
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