Wechselwirkung von Schwerewellen und Madden Julian Oszillation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Forschungsprojektes war es, die Wechselwirkung zwischen konvektiv erregten Schwerewellen während der Madden-Julian-Oszillation zu untersuchen und damit neue Einblicke in die Dynamik der tropischen mittleren Atmosphäre zu erlangen. Hierfür schon existierende Tools, wie der Schwerewellen-raytracer GROGRAT und eine Parameterisierung für die Erzeugung konvektiver Schwerewellen wurden miteinander gekoppelt und als neues einheitliches Modell eingesetzt. Weiterhin wurden WRF-Simulationen (Weather Research and Forcasting Model) zur Quantifizierung der Wechselwirkung eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Spektrum als auch Intensität konvektiver Schwerewellen stark von der MJO Phase abhängig sind. Impulsflüsse in ostwärtiger Richtung sind während der Phasen 4 und 5 am stärksten ausgeprägt. Dies zeigte sich schon bei der Betrachtung der Spektren horizontaler und vertikaler Wellenlängen. Daraus lässt sich schließen, dass die besondere atmosphärische Situation während der Madden-Julian-Oszillation Spektren und Ausbreitung konvektiver Schwerewellen im besonderen Maße beeinflußt. Die Hypothese aus Projektteil Q1 ist damit bestätigt. Beim Schwerewellendrag zeigt sich ein deutlicher Beitrag auf ca. 30 km Höhe in den inneren Tropen, während in der oberen Stratosphäre westwärts gerichteter Drag vorherrscht. Dieser ausgeprägte Einfluss auf die Hintergrundatmosphaäre spiegelte sich dann auch in den anschließenden WRF-Simulationen wider, bei denen ab ca. 50 km Hohe signifikante Differenzen zwischen Standardlauf und Simulation mit konvektiven Schwerewellen festgestellt wurden. Es sei allerdings darauf hingewiesen, dass die durchgeführten WRF-Simulationen durch begrenzte Rechenleistung eher eine untere Abschätzung des Einflusses konvektiver Schwerewellen darstellen dürften. Längere Simulationensläufe werden als notwendig erachtet, um hier auch quantitativ bessere Aussagen treffen zu können. Dies allerdings ist zukünftigen Studien vorbehalten, da es im vorliegenden Projekt lediglich um eine erste prinzipielle Untersuchung zum Thema ging. Dennoch ließ sich zusammen mit den Ergebnissen zum Schwerewellendrag auch die Rückwirkung dissipierender Schwerewellen auf die Hintergrundatmosphäre belegen, womit Projektteil Q2 ebenfalls positiv abgeschlossen werden konnte und somit dieses Projekt insgesamt als erfolgreich bewertet werden kann. Die beiden bereits veröffentlichten Studien zum Projektschluss bestätigen dies. Für zukünftige Studien zum Thema empfehlen sich jedoch weitere WRF Simulationen über längere Perioden, die mit den eingeschränkten Mitteln dieses Projektes so noch nicht durchgeführt werden konnten. Weiterhin ist auch eine Validierung durch z.B. Satelliteninstrumente empfehlenswert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2016), “Comparison of simulated and observed convective gravity publiziert waves”, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 121(22)
Kalisch et al.
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(2018), “Impact of Convective Gravity Waves on the Tropical publiziert Middle Atmosphere During the Madden-Julian Oscillation”, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123 (17)
Kalisch et al.
