Potentieller Einfluss der Schärfe der Tropopause auf die Struktur und Stärke der allgemeinen atmosphärischen Zirkulation
17.12.2022
Der Kern des atmosphärischen Strahlstroms befindet sich in der Nähe der Tropopause, der Grenzfläche zwischen Troposphäre und Stratosphäre (s. schematische Abbildung oben). Dieser Strahlstrom auf Tropopausenniveau agiert als Wellenleiter für Rossbywellen; die Ausbreitungs- und Dissipationscharakteristiken dieser Wellen nahe der Tropopause beeinflussen wiederum die Stärke und geographische Breite des Strahlstroms. Ein potentiell wichtiger kontrollierender Faktor, der in bisherigen Arbeiten zu Charakteristiken des Strahlstroms nicht so viel Aufmerksamkeit erhalten hat, ist die Schärfe der Tropopause (hauptsächlich hervorgerufen durch die Schärfe des Gradienten der potentiellen Wirbelstärke, PV). Die Schärfe der Tropopause wird zum Teil durch den Schichtungskontrast zwischen Troposphäre und Stratosphäre kontrolliert, der proportional zur Stärke der Tropopauseninversionsschicht (TIL) ist (eine Schicht von lokal verstärkter Schichtung direkt oberhalb der Tropopause, grau schattiert in der schematischen Abb. oben). In der vorliegenden Studie wurde die interannuale Variabilität in Reanalyse- und Klimamodelldaten untersucht und festgestellt, dass ein stärkere TIL mit einem äquatorwärts verschobenem Strahlstrom einhergeht. Dieser Zusammenhang findet sich auch für Variationen zwischen den mittleren Klimazuständen aus verschiedenen Klimamodellen. Experimente mit einem mechanistischen atmosphärischen Zirkulationsmodell (GCM), in denen die TIL zusätzlich forciert wurde, zeigen, dass der damit einhergehende verstärkte PV Gradient in Tropopausennähe (Oberabbildung a) unten rechts) eine intensivierte allgemeine Zirkulation und einen äquatorwärts verschobenen Strahlstrom begünstigt (Oberabbildung b) unten rechts).
Bildunterschrift
Schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Tropopausenschärfe, Wellenleiter in Tropopausennähe und Rossbywellenausbreitung (links). Die Oberabbildungen rechts zeigen zonal- und zeitgemittelte Felder des PV Gradienten (a) und Zonalwind (b) aus mechanistischen GCM Experimenten mit Werten des Konrolllaufs als Konturen und den durch verstärkte TIL forcierten Unterschieden in Farbschattierungen.
Referenz