Beteiligte am IAP: N. Grieger, U. Achatz, G. Schmitz und B. Wecke

Präsentation zum Thema: "Beteiligte am IAP: N. Grieger, U. Achatz, G. Schmitz und B. Wecke"—  Präsentation transkript:

1 Thermische Gezeiten als grundlegender Kopplungsprozess in der Atmosphäre
Beteiligte am IAP: N. Grieger, U. Achatz, G. Schmitz und B. Wecke Partner: H. Schmidt (ZMAW, Hamburg) Einleitung und Motivation Motivation: Klimasimulationen: Modelle mit hoher vertikaler Auflösung und hohem oberen Rand - quasi-zweijährige Oszillation (QBO), Vermeidung Reflexion planetarer Wellen, - Schließung der Zonalwind-Strahlströme in der Mesosphäre (Zirkulationsumkehr) infolge Gezeiten- und Schwerewellen-Impulsdeposition - globale Gezeitenausbreitung kann direkt (linear) beschrieben werden, Einfluss von Schwerewellen (kleinskalige) im wesentlichen durch Parametrisierung erfasst Anregung thermischer Gezeiten (24-, 12-, 8-stündige Komponente) durch solare Einstrahlung und thermische Umwandlungsprozesse in der feuchten Atmosphäre, Ausbreitung mit zunehmender Amplitude bis in die Thermosphäre, dort Brechung und Impulsdeposition ganztägige Gezeiten in Zirkulationsmodellen (GCM) und in linearem Modell LIN-KMCM vergleichbar mit Beobachtungen, Achatz et al. (2007) Fragen: 1. welche Prozesse bestimmen die jahreszeitliche Variation der 24-, 12-, 8-h Gezeit und 2. in welchem Maße sind (tiefe) atmosphärische Schichten über Gezeiten bis in die Mesosphäre und unteren Thermosphäre (MLT) gekoppelt? Methode: lineare Gezeitenausbreitung in längenabhängigem Hintergrund, Modell: LIN-KMCM, Grieger et al. (2004), monatsgemittelte Anregung und u-, v-, T-Felder aus GCM HAMMONIA, Schmidt et al. (2004) Jahresgang der Gezeiten: Ausbreitung / Anregung / planetare Wellen Jahresgang der Amplituden der migrierenden und einer nichtmigrierenden Gezeitenkomponente für s = 1,2,3 (DW1, SW2, TW3 und DW2, SW1) im meridionalen Wind v [m/s] für 97,6 km und 108,6 km, Fälle: WIND (Anregung konstant), FORCING (ALL-WIND) sowie WAVES (ALL-WIND(zonal)) und relatives Amplitudenintegral (spezieller Fall / ALL, unten) [%]: migrierende Komponente - dunkel, nichtmigrierende - hell Jahresgang charakterisiert durch halbjährige (SAO) und ganzjährige Schwingung (AO) s = 1: SAO maximal im Frühjahr, Herbst in tiefen Breiten s = 2: SAO maximal im Sommer, Winter in hohen Breiten SAO bestimmt durch Ausbreitung (WIND) (wesentlich: Krümmungsterm) DT SDT TDT RELATIVE IMPORTANCE [%] FORCING WIND WAVES AO abhängig von Ausbreitung (Vorticity Term) und Anregung Anregung (FORCING) beeinflusst Jahresgang stärker mit zunehmendem s planetare Wellen (WAVES) wesentlich für die nichtmigrierenden Komponenten ALL TW SW SW DW DW (5) (2) (1) (.1) TIME [MONTH] LATITUDE [DEG] (75S – 75N) Ergebnisse Ausbreitungsbedingungen (WIND) bestimmen Jahresgang ganz- und halbtägiger Gezeit (s = 1, 2) Anregung (FORCING) wichtig für 8-h Gezeit (s = 3) und nichtmigrierende Komponenten Planetare Wellen beeinflussen nichtmigrierende Gezeiten troposphärische Gezeitenanregung (TRO) bestimmt Struktur der ganztägigen Gezeit (s = 1) Interferenz zwischen statosphärischer und troposphärischer Anregung (STR, TRO) steuert migrierende ganz- und halbtägige Gezeit (s = 1, 2) Kondensation und Konvektion (CON) wesentlich für Kopplung zwischen Tropo- und Mesosphäre Jahresgang der Amplituden für die im Bild totale Erwärmungsraten definierten Anregungsbereiche bei gleichen Ausbreitungsbedingungen. ALL, TH, MA und STR: vollständige, thermosphärische, Anregung in der mittleren Atmosphäre und stratosphärische Anregung. TRO: solare Heizung in der Troposphäre ohne groß- räumige Kondensation und Konvektion (CON) und relatives Amplitudenintegral (siehe oben), positive (negative) Koppelung: grob (fein) punktiert Vertikale Schichtenkopplung durch Gezeiten TH MA STR TRO CON DT SDT TDT RELATIVE IMPORTANCE [%] FORCING LEVEL CON beeinflusst nichtmigrierende Komponente s = 1,2,3 und migrierende Komponente s = 1,2 TH und MA mit geringem Einfluss auf Gezeiten in MLT starke Interferenz TRO (-) / STR (+) für s = 2, 3 Interferenz TRO (+) / STR (-) für s = 1 Vertikale Kopplung: Tropo- / Stratosphäre – MLT ganztägige Gezeit, s = 1, wesentliche Anregung in TRO halbtägige Gezeit, s = 2, wesentliche Anregung in TRO und STR 8-stündige Gezeit, s = 3, wesentliche Anregung in STR TIME [MONTH] LATITUDE [DEG] (75S – 75N) ALL SW SW TW DW DW (1) (5) (2) (.2) (.5) Struktur und Anregung der Gezeitenkomponenten DW1 SW2 TW3 TH MA STR TRO/ CON DT SDT TDT (2) (1) (5) (20) (10) (.5) (.25) LATITUDE [DEG] (90S – 90N) (0 – 120) ALTITUDE [KM] (60 – 120) Amplituden (C), Jan., s = 1, 2, 3 (DW1, SW2, TW3) im meridionalen Wind v [m/s], migrierende Gezeit (oben) - Wellenlängen: 27 km, s = 1, 20 N/S, 52 km, s = 2, 50 N/S und (unten) totale Erwärmungs- raten in 60 W für s = 1, 2, 3 (DT, SDT, TDT) [K/d], Schichteneinteilung Definitionen X steht für u, v, T (hier nur v) mit Amplituden A (C, S), Phase f, t Zeit [d], l geografische Länge, n zonale Wellenzahl, s Periode (1: 24 h, 2: 12 h, 3: 8 h), n = s migrierende, n s nichtmigrierende Komponente  Veröffentlichungen Achatz, U., N. Grieger and H. Schmidt, 2007: Mechanisms controlling the diurnal solar tide: analysis using a GCM and a linear model. J. Geophys. Res., (in Vorbereitung) Grieger, N., G. Schmitz and U. Achatz, 2004: The dependence of the nonmigrating diurnal tide in the mesosphere and lower thermosphere on stationary planetary waves. J. Atmospheric and Solar-terrestial Physics, 66, , doi: /j.jastp Grieger, N., E. V. Volodin, G. Schmitz, P. Hoffmann, A. H. Manson, D. C. Fritts, K. Igarashi and W. Singer, 2002: General circulation model results on migrating and nonmigrating tides in the mesosphere and lower thermosphere. Part I: comparison with observations. J. Atmospheric and Solar-terrestial Physics, 64, Schmidt, H., G. P. Brasseur, M. Charron, E. Manzini, M. A. Giorgetta, V. Formichev, D. Kinnison, D. Marsh and S. Walters, 2006: The HAMMONIA Chemistry Climate Model: Sensitivity of the mesopause region to the 11-year solar cycle and CO2-doubling. J. Climate, 19, (Klammerwerte bezeichnen Schrittweiten der Isolinien)