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Institut für Energie- und Klimaforschung

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SPARC Gravity wave initiative / ISSI

Das SPARC Programm ("Stratosphärische Prozesse und ihre Rolle im Klima") ist ein Teil des weltweiten Klimaforschungsprogramms (World Climate Research Programme; WCRP). WCRP koordiniert weltweit die Klimaforschung und formuliert Empfehlungen auf der Basis eines Konsens der Wissenschaftsgemeinschaft. Mit besserem Verständnis von Atmosphäre und Klima wachsen die Anforderungen an detaillierte Vorhersagen insbesondere auf synoptischer (Größenordnung Europa) und regionaler Skala. Neuere Ergebnisse von Chemie-Klimamodellen haben demonstriert, dass die Modellierung dynamischer Kopplungen von der Stratosphäre abwärts unabdingbar ist, will man das synoptische und regionale Verhalten der Troposphäre und des Bodenklimas verstehen. Hierbei handelt es sich um großräumige Abwärtskopplungen auf der Zeitskala einiger Wochen bis Jahre.

Schwerewellen-Impulsfluss bei 26km Höhe - Januar 2005-2007

Schwerewellen-Impulsfluss bei 26km Höhe - Juli 2005-2007Schwerewellen-Impulsfluss bei 26km Höhe: Aus Temperaturmessungen des Infrarot-Horizontsondierers HIRDLS auf dem AURA Satelliten wurden Absolutwerte des Impulsflusses bei 26km Höhe abgeleitet. Maxima in den Subtropen der jeweiligen Sommerhemisphäre entstehen durch Anregung von Schwerewellen durch Konvektion. Besonders hohe Schwerwellenaktivität ist mit den hohen Windgeschwindigkeiten im Winterpolarwirbel verbunden.

Jedes Modell, das die Stratosphäre realistisch wiedergeben soll, muss die Effekte von Schwerewellen mit einbeziehen. Schwerewellen sind ein wichtiger Kopplungsmechanismus von der Troposphäre in die höheren Schichten der Atmosphäre. Sie transportieren Impuls und Energie von ihren troposphärischen Quellen und deponieren ihn in größeren Höhen, wenn sie brechen. Jedoch sind Schwerewellen und insbesondere ihre Quellen zu kleinskalig um von Klimamodellen aufgelöst werden zu können. Es handelt sich hierbei also um schnelle Aufwärtskopplung (Zeitskala Stunden bis wenige Tage) durch viele kleine Wellen, die aber in der Summe eine großen Effekt verursachen. Schwerewellen sind auch schwierig zu messen. Erst in den letzten Jahren gelang es eine Anzahl Techniken zu entwickeln um klimatologische Verteilungen des Impulsflusses von Schwerwellen abzuleiten - der wichtigsten Information, will man die Modelle verbessern.

Das Ziel der SPARC Schwerewellen-Initiative ist es, Experten für verschiedene Messtechniken und für globale Modellierung zusammen zu bringen um konsistente Vergleichsdatensätze zu erstellen so wie sie von Klimamodellierern benötigt werden. Die Initiative konzentriert sich auf Messungen, die mindestens für einen größeren Teil der Erdoberfläche Beobachtungen liefern können. Die Rolle der Schwerewellen für die Stratosphäre sowie unseren gegenwärtigen Kenntnisstand und die verfügbaren Messtechniken wurde von Alexander et al. (QJRMS, 2010) dargestellt. In den Jahren 2010 bis 2014 wurden die SPARC Schwerwellenaktivitäten in einer ISSI Gruppe (http://www.issibern.ch/teams/gravitywave/index.html) koordiniert.

M. J. Alexander, M. Geller, C. McLandress, S. Polavarapu, P. Preusse, F. Sassi, K. Sato, S. Eckermann, M. Ern, A. Hertzog, Y. Kawatani, M. Pulido, T. A. Shaw, M. Sigmond, R. Vincent and S. Watanabe: Recent developments in gravity-wave effects in climate models and the global distribution of gravity-wave momentum flux from observations and models, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, Volume 136, Issue 650, pages 1103–1124, July 2010 Part A

Geller, Marvin A., and Coauthors, 2013: A Comparison between Gravity Wave Momentum Fluxes in Observations and Climate Models. J. Climate, 26, 6383–6405.

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