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

der Troposphäre auch eine Abstrahlung der internen Schwerewellen und eine Anregung der
Gezeiten, wobei letztere nennenswerte Amplituden nur im Gebiet der Mesosphäre annehmen
und dort zur Impuls- und Energiebilanz beitragen. Die kleinräumigen Schwerewellen werden
in der Troposphäre durch Orographie, konvektive Quellen, geostrophische Anpassung, Fronten
oder Windscherung angeregt.
Abb. 2.3: Der Korrelationskoeffizient im
vertikalen Windfeld gemittelt über Januar
der Jahre 2000-2004. Aufpunkt: 15,0 ◦ O,
65,25 ◦ N, 500 hPa, Datenbasis: DWD-
Analysen.
In Abb. 2.3 ist als ein Beispiel die mittlere Struktur
orographisch angeregter Schwerewellen in der Troposphäre
und unteren Stratosphäre über Norwegen angegeben.
Die Ausbreitung in größere Höhen ist empfindlich
durch den Wind der unteren Stratosphäre bestimmt.
Es ist schon länger aus idealisierten Modellrechnungen
bekannt, dass mit der Generierung von kinetischer
Energie in der Troposphäre, im Zusammenhang mit
der decay phase im Lebenszyklus barokliner Wellen,
auch interne Wellen spontan abgestrahlt werden. Welche
Bedeutung dieser Zusammenhang von Pseudoimpulsausbreitung
durch synoptische Wellen und die Anregung
von internen Wellen für die Fragen der Wechselwirkung
der Schichten hat, ist weniger verstanden.
Eine vergleichbare Frage nach der Abstrahlung von internen Wellen bei einem speziellen Prozess
der Brechung von Rossby-Wellen wird in Kap. 49 mit Radiosondenaufstiegen nachgegangen.
Für die Frage der Parametrisierung ist es im Einzelnen wichtig das Spektrum der internen
Wellen zu kennen, das durch die verschiedenen Quellen abgestrahlt wird. Mit mechanistischen
Modellen, z.B. zu ”Fronten”- oder zur ”Orographie”-Anregung untersucht man in der Literatur
diese Frage, aber man hat derzeit kein allgemeines Bild von der Schwerewellenaktivität in der
Troposphäre.
Ein anderer Weg ist die Nutzung von regionalen oder globalen Zirkulationsmodellen mit
hoher räumlicher Auflösung, um z.B. für ausgewählte synoptische Situationen die Anregung
von Wellen durch die verschiedenen Quellen zu untersuchen. Diese Methode wird im Kap. 50
erläutert, wobei es sich aber zeigt, dass die Separation des Beitrags einzelner Quellen ohne begleitende
idealisierte Modellexperimente schwer gelingt. Dazu tritt das generelle Problem, die
internen Wellen in dynamisch angepasster Form aus einem 3D-Datensatz zu bestimmen. Mit
der Erhöhung der Auflösung bis in den Skalen-Bereich der Schwerewellen tritt das Problem auf,
den Energiefluss der nicht aufgelösten Wellen richtig zu erfassen, der bei internen Wellen nicht
durch einen üblichen Diffusionsansatz gegeben ist. Damit ist das Spektrum in dem aufgelösten
Wellen-Skalenbereich sehr stark durch eine Parametrisierung selbst bestimmt. Während man im
Skalen-Bereich der synoptischen Skalen ein theoretisches Bild hat, wie durch das Auftreten von
Rossby-Wellen das atmosphärische Spektrum sich verändert, gibt es dazu im Bereich der Schwerewellen
nur sehr idealisierte Vorstellungen. Für die Troposphäre im synoptischen Skalen-Bereich
scheint diese Frage unwesentlich, wohl aber wenn damit das Wellenspektrum in der Stratosphäre
und Mesosphäre bestimmt werden soll. Wir brauchen ein grundlegend besseres Verständnis der
Anregungsprozesse der internen Wellen in der Troposphäre, aus der Sicht des Verständnisses des
Wellenwiderstandes in den hohen atmosphärischen Schichten. In der Mesosphäre bestimmen die
internen Schwerewellen die großskalige Zirkulation und die Energiebilanz durch die mit ihnen
verbundene Impulsdeposition bei Berücksichtigung der Wellenbrechung und Turbulenz.
Die QBO in der Stratosphäre wird nach dem gegenwärtigen Wissensstand auch durch kleinskalige
Schwerewellen bestimmt. Dieses Thema ist aber derzeit nicht Gegenstand der Arbeiten
am IAP. Unabhängig davon ist die QBO und damit gekoppelte dynamische Vorgänge, ein wesentliches
Element in der Kopplung von Troposphäre und unterer Stratosphäre.
Wie kann man weiter aufsteigend zu größeren Höhen die Kopplung mit der oberen Stratosphäre/unteren
Mesosphäre durch die langen Wellen oder die mittlere Zirkulation verstehen?
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