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Rückkopplung des troposphärischen Wirbelfeldes auf verschiedene stratosphärische Bedingungen

04.02.2021

rupp-2021

 

Rückkopplung des troposphärischen Wirbelfeldes auf verschiedene stratosphärische Bedingungen

Eine ausgeprägte Signatur der Stratosphäre-Troposphäre-Kopplung ist eine robuste negative Anomalie im Index der Nordhemispherischen Annularen Mode (Northern Annular Mode, NAM) nach plötzlichen Stratosphärenerwärmungen (sudden stratospheric warming, SSW), im Einklang mit einer Verschiebung des troposphärischen Jets zum Äquator hin. Es wurde bereits gezeigt, dass Rückkopplungen im synoptischen Wirbelfeld der Troposphäre, die hauptsächlich durch Anomalien in der untersten extratropischen Stratosphäre hervorgerufen werden, eine wichtige Rolle bei der Erzeugung dieses NAM-Signals spielen.
Hier verwenden wir den Grundaufbau des idealisierten baroklinen Lebenszyklus, um den Einfluss stratosphärischer Bedingungen auf das Verhalten troposphärischer Wirbel zu untersuchen. Besonderes Augenmerk wird auf die Verstärkung der troposphärischen Wirbelreaktion durch Oberflächenreibung, sowie auf die Sensitivität gegenüber Windanomalien in der unteren Stratosphäre gelegt.
Wir zeigen, dass Systeme, die nur einen troposphärischen Jet enthalten (Modellierung von nach-SSW-Bedingungen), durch eine äquatorwärts gerichtete Verschiebung des troposphärischen Jets im Endzustand des Lebenszyklus gekennzeichnet sind, im Vergleich zu Systemen, die eine Repräsentation des polaren Wirbels enthalten (als Darstellung von mehr ungestörten stratosphärische Winterbedingungen), was mit der beobachteten NAM-Reaktion nach SSW übereinstimmt. Das entsprechende relative Oberflächen-NAM-Signal wird erhöht, wenn das System Oberflächenreibung enthält, vermutlich aufgrund einer direkten Kopplung des Wirbelfeldes in Tropopausenniveau an die Oberflächenwinde. Wir zeigen weiterhin, dass die in unseren Experimenten beobachtete Verschiebung des Jets hauptsächlich durch Änderungen der zonalen Windstruktur der untersten Stratosphäre verursacht wird, während Änderungen der Windstruktur in der mittleren und oberen Stratosphäre fast keinen Einfluss haben.

Rupp, P., and T. Birner (2021), Tropospheric eddy feedback to different stratospheric conditions in idealised baroclinic life cycles. Weather Clim. Dynam., 2, 111–128, doi: 10.5194/wcd-2-111-2021, https://wcd.copernicus.org/articles/2/111/2021/