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

der Troposphäre und unteren Stratosphäre ist mit charakteristischen Oszillationsmustern, wie
z.B. der Arktischen Oszillation, verbunden. In Abb. 2.1 ist die erste EOF im Geopotential
und im zonalen Wind in der Stratosphäre auf der Grundlage der NCEP-Reanalysen der Jahre
1958-1997 angegeben. Diese Muster ergeben den Hauptbeitrag zur Variabilität. Die gegenseitige
Abhängigkeit dieser Oszillation in Troposphäre und Stratosphäre ist derzeit nicht verstanden.
Im Kap. 44 wird untersucht, wie die Arktische Oszillation durch die Orographie und
die Land-Meer-Verteilung bestimmt ist. Damit soll verstanden werden wie der Mechanismus
”Welle-Wind-Wechselwirkung”, durch ”transiente” und stehende Wellen, die Oszillation in der
Troposphäre bzw. Stratosphäre hervorruft. Im Zusammenhang mit der arktischen Oszillation
wird gegenwärtig in der Literatur diskutiert, wie Störungen der mittleren Zirkulation in der
Stratosphäre (Mesosphäre) beginnen und sich bis in die Troposphäre fortsetzen. Dieser Prozess
scheint eine Folge der Störung der vertikalen Energieausbreitung der in der Troposphäre angeregten
planetaren Wellen zu sein. Unabhängig von dem noch offenen Prozessverständnis wird
damit ein Prozess der Schichtenkopplung aufgezeigt.
Die Kopplung der Höhen innerhalb der Troposphäre und mit der unteren Stratosphäre zeigt
sich auch in der residuellen Zirkulation bzw. durch quasi-horizontale Mischung zwischen der
Troposphäre und untersten Stratosphäre. Arbeiten zu diesem Thema sind in den Kap. 45, 46,
48 angegeben. Es geht in diesen Beiträgen um ein Verständnis der Brechung der planetaren
Wellen, denn durch die Brechung wird der Wellenwiderstand induziert, der den mittleren vertikalen
und meridionalen Transport in der untersten Stratosphäre bestimmt. Besonders die damit
verbundenen Prozesse in den Tropen der untersten Stratosphäre sind derzeit nicht verstanden.
Die Kopplung von Troposphäre und unterer Stratosphäre in ihrer regionalen Abhängigkeit ist
weitgehend unklar, unabhängig davon, dass die allgemeinen Zirkulationsmodelle diese Kopplungsdynamik
erfassen. In den seit langem bekannten stratosphärischen Erwärmungen zeigt sich
ein Kopplungsprozess der Troposphäre mit der Stratosphäre, aber es gelingt derzeit eine Prognose
der Erwärmungen generell noch nicht.
Es ist bekannt, dass mit den planetaren Wellen auch eine Modulation der Ozon- und anderer
Spurengasverteilungen in der Stratosphäre einhergeht und damit ein Rückkopplungsprozess
zwischen den Höhengebieten über den Strahlungstransport möglich erscheint.
Abb. 2.2: Dekadischer Trend in der Gesamt-Ozonwelle der 1980-
Dekade in DU/10 Jahre. Beobachtung - analysiert aus Daten des
NIMBUS-Satelliten der NASA. Modell - berechnet aus den 4 längsten
planetaren Wellen im Geopotential. Nordwärts von 60 ◦ N
liegen keine Messungen vor. (Schmitz et al., Traditio et Inovatio,
8, 2003).
In Abb. 2.2 ist die dekadische
Veränderung des längenabhängigen
Anteils im Gesamtozon der
80er Jahre nach den TOMS Daten
zusammen mit einem Modellergebnis
gezeigt. Das Modell
bestimmt das Gesamtozon über
die lineare planetare Wellenausbreitung.
Die Übereinstimmung
in den Strukturen ist recht gut.
In den Kap. 46, 47 wird die Frage
untersucht wie einerseits die
Variabilität der zonal gemittelten
Ozonverteilung über die der residuelle
Zirkulation und die des
quasi-horizontalen Mischens sich
ergibt und andererseits ein Trend
in den längenabhängigen dynami-
schen Feldern sich im Gesamtozon ausprägt. In den Beiträgen wird sowohl die Kopplung von
der Troposphäre in die Stratosphäre untersucht als auch die Rückkopplung auf die Troposphäre.
Eine Diskussion der Mischungsbarrieren auf Isentropen in Abhängigkeit von den planetaren und
dem mittleren Wind wird auf der Basis der effektiven Diffusion in Kap. 43 gegeben.
Neben der Wechselwirkung der Höhengebiete durch großräumige Bewegungen erfolgt aus
28