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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Dynamische Kopplungen und ihr Einfluss auf das Klima und Wetter

Neuere Forschungsergebnisse zeigen, dass die Stratosphäre einen signifikanten Einfluss auf das Wetter in der Troposphäre hat. Grund sind dynamische Kopplungen in der Atmosphäre durch Wellen. Ein wichtiges Beispiel für die dynamische Kopplung der Stratosphäre mit dem Boden_klima ist die quasi-zweijährige Oszillation des stratosphärischen Hintergrundes (QBO = Quai Bienniel Oszillation). Nach neueren Analysen beeinflusst die QBO beeinflusst z. B. die Wintertemperatur in Europa um bis zu 2 Grad. Ern und Preusse (GRL, 2009) konnten zeigen, dass der Großteil (ca. 70%) des Antriebs dieser QBO von kleinräumigen Schwerewellen geleistet wird.

Atmosphärische Wellen spielen bei atmosphärischen Kopplungen eine entscheidende Rolle (u. a. über ihre Wechselwirkungen mit dem mittleren Windfeld). Insbesondere Schwerewellen, deren horizontale Skalen von wenigen 10 km bis zu einigen hundert Kilometern betragen, sind zu kleinskalig, um von Klima- und Wettermodellen direkt aufgelöst zu werden. Der Effekt von Schwerewellen wird daher durch stark vereinfachte Parametrisierungen berücksichtigt. Zunehmend setzt sich allerdings in der Fachwelt die Erkenntnis durch, dass die in den Schwerewellen-Parametrisierungen angewandten Vereinfachungen deutlich zu ungenau sind. Es gibt deshalb verschiedene Bestrebungen, basierend auf globalen Messungen des Schwerewellen-Impulsflusses, die Schwerewellen-Parametrisierungen realistischer zu gestalten. Dies kann z. B erreicht werden, indem man die frei einstellbaren Parameter durch Messungen eingrenzt. Das IEK-7 hat auf diesem Feld auf der Grundlage von Satellitenbeobachtungen (CRISTA, SABER, HIRDLS, AIRS) Pionierarbeit geleistet. Die Arbeiten spielen eine wichtige Rolle bei der „Schwerewelleninitiative“ des Weltklimaforschungsprogramms (WCRP SPARC). Zur Verbesserung von Wettervorhersagen hat das Europäische Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) eine Parametrisierung für nichtorographische Schwerewellen in das dort betriebene Vorhersagemodell integriert (Orr et al., 2010). Diese Parametrisierung basiert auf eines Analyse des IEK-7 von CRISTA-Satellitenbeobachtungen (Ern et al., 2006). Unter Verwendung einer dort optimierten Schwerewellen-Parametrisierung liefert das ECMWF-Modell nun eine verbesserte Darstellung globaler Zirkulationsmuster. Die zukünftige Verbesserung der Schwerewellenparametrisierung in Chemie-Klima-Modellen (CCMs) ermöglicht eine neue Qualität der Prognosefähigkeit derzeitiger Klimamodelle.

Orr, A.; Bechtold, P.; Scinocca, J.; Ern, M.; Janiskova, M. Improved middle atmosphere climate and forecasts in the ECMWF model through a non-orographic gravity wave drag parametrization, Journal of Climate, 23, 5905 – 5926, 2010.

Preusse, P.; Eckermann, D.S.; Ern, M.; Oberheide, J.; Picard, R.H.; Roble, R.G.; Riese, M.; Russell III, J.M.; Mlynczak, M.G., Global ray tracing simulations of the SABER gravity wave climatology, Journal of Geophysical Research D: Atmospheres, 114, D08126, 2009.

Ern, M., and P. Preusse , Quantification of the contribution of equatorial Kelvin waves to the QBO wind reversal in the stratosphere, Geophysical Research Letters, 36, L21801, doi:10.1029/2009GL040493,2009.

Ern, M.; Preusse, P.; Warner, C. D., Some experimental constraints for spectral parameters used in the Warner and McIntyre gravity wave parameterization scheme, Atmospheric Chemistry and Physics, 6 , 4361 – 4381, 2006

Schröder, S.; Preusse, P.; Ern, M.; Riese, M. Gravity waves resolved in ECMWF and measured by SABER, Geophysical Research Letters, 36, L10805, 2009.


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