Atmosphärische Kopplungsprozesse

Es ist in der Wissenschaft allgemein bekannt, dass die atmosphärischen Schichten miteinander gekoppelt sind. Dennoch ist es schwierig, diese Kopplung zu identifizieren. Ausnahmen machen dabei starke Kopplungsprozesse. Der berühmteste und eindrucksvollste vertikale Kopplungsprozess in der mittleren Atmosphäre ist die Plötzliche Stratosphärenerwärmung (engl.: Sudden Stratospheric Warming (SSW)), verursacht durch das Wechselwirken von planetaren Rossbywellen mit dem Grundstrom. Plötzliche Stratosphärenerwärmungen sind globale winterliche Ereignisse, die durch eine explosionsartige Erwärmung der Stratosphäre (W) um bis zu 80K und eine gleichzeitige Abkühlung der Mesosphäre (C) um bis zu 30K gekennzeichnet sind (siehe Abbildung).  Zusätzlich kehrt sich der Zonalwind um und ändert somit die Ausbreitungsbedingungen von allen Wellentypen während der Erwärmung. Diese plötzlichen Stratosphärenerwärmungen treten deutlich öfter und stärker in der Nordhemisphäre als in der Südhemisphäre auf. Die Ursache für diese Eigenschaft liegt in der unterschiedlichen Meer-Land Verteilung der beiden Hemisphären, die für die Entstehung der planetaren Rossbywellen in der winterlichen Troposphäre (0 - 10km) verantwortlich ist.

Dieses globale Phänomen sowie auch andere Kopplungsprozesse werden mit einer Kombination aus lokalen Radarwindmessungen in mittleren und hohen Breiten, globalen Satellitenbeobachtungen von Temperatur und Wind (z.B. MLS) und Winden aus assimilierten Modelldaten (z.B. MERRA) untersucht.

Veröffentlichungen

  • P. Hoffmann, E. Becker, W. Singer und M. Placke, Seasonal variation of mesospheric waves at northern middle and high latitudes, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 72, 1068-1079, doi:10.1016/j.jastp.2010.07.002, 2010.
  • V. Matthias, P. Hoffmann, M. Rapp und G. Baumgarten, Composite analysis of the temporal development of waves in the polar MLT region during stratospheric warmings, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., doi:10.1016/j.jastp.2012.04.004, 2012.
  • V. Matthias, P. Hoffmann, A. Manson, C. Meek, G. Stober, P. Brown und M. Rapp, The impact of planetary waves on the latitudinal displacement of sudden stratospheric warmings, Ann. Geophys., 31, 1397-1415, doi:10.5194/angeo-31-1397-2013, 2013.
  • W. Singer, P. Hoffmann, G. Kishore Kumar, N. J. Mitchell und V. Matthias, Atmospheric coupling by gravity waves: Climatology of gravity wave activity, mesospheric turbulence and their relations to solar activity, in Climate And Weather of the Sun-Earth System (CAWSES): Highlights from a priority program, Springer, F.-J. Lübken, Dordrecht, The Netherlands, doi:10.1007/978-94-007-4348-9, 2012.
  • N. M. Pedatella, H.-L. Liu, F. Sassi, J. Lei, J. L. Chau und X. Zhang, Ionosphere variability during the 2009 SSW: Influence of the lunar semidiurnal tide and mechanisms producing electron density variability, J. Geophys. Res., doi:10.1002/2014JA019849, 2014