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Der Einfluss des längenabhängigen Ozons auf die winterliche Allgemeine Zirkulation in mittleren und hohen Breiten

Marianne Bügelmayer

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Betreuer*in

Dieter Peters

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DOI

10.25365/thesis.13277

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30263.37722.255562-2

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Mehrere Sensitivitätsstudien der letzten Jahre haben auf die Bedeutung des längenabhängigen Ozons auf die winterliche Allgemeine Zirkulation hingewiesen. Der Einfluss des zonal asymmetrischen Ozons auf die saisonale Entwicklung der Zirkulation vom Herbst zum Winter wurde bisher nicht untersucht. In der vorliegenden Studie werden die Mechanismen der Wirkung des längenabhängigen Ozons auf die winterliche Allgemeine Zirkulation basierend auf den Modellexperimenten von \cite{gabriel07} untersucht. Datengrundlage sind der Kontrolllauf mit dem Dekadenmittelwert des zonal symmetrischen stratosphärischen Ozons, und der Lauf, der zusätzlich den zonal asymmetrische Anteil enthält. Die Experimente wurden mit dem GCM MAECHAM5 von September bis Februar der 1990er Dekade gerechnet. Die Januarergebnisse von \cite{gabriel07} ergaben signifikante Temperaturänderungen, eine westwärtige Verschiebung der Maxima der Geopotentialwelle und einen auf- und ostwärtsgerichteten Wellenzug. Eine harmonische Analyse der Januarergebnisse zur Bestimmung der beteiligten Wellenzahlen wird durchgeführt. Außerdem wird die zeitliche Entwicklung (Oktober bis Dezember) der zonal gemittelten und längenabhängigen Anteile der Temperatur-, Geopotential-, Zonal-, und Meridionalwindfelder untersucht. Als dritten Punkt wird ein lineares Wellenausbreitungsmodell aufgesetzt, um die Wirkung der stratosphärischen Wärmequelle aufgrund des längenabhängigen Ozons zu bestimmen. Dafür wurde die stratosphärische Wärmequelle des MAECHAM5 harmonisch zerlegt und als Eingangsdaten verwendet. Die harmonische Analyse ergibt, dass die Superposition der planetaren Wellen 1 und 2 die westwärtige Verschiebung in der Stratosphäre, und die Wechselwirkungen der Wellen 2, 3 und 4 die troposphärische Struktur bewirken. Die Ergebnisse des linearen Wellenmodells zeigen, dass der Anteil der Welle 1 der ozonbedingten stratosphärischen Wärmequelle eine zusätzliche Geopotentialwelle 1 mit einer Amplitude von 10\% der troposphärisch angeregten Welle erzeugt. Die zeitliche Untersuchung der zonal gemittelten Felder ergibt, dass das längenabhängige Ozon die stratosphärische Schwingung mit einer Period von etwa 60 Tagen aufgrund verstärkter planetarer Wellenflüsse modifiziert. Die zeitliche Analyse der zonal asymmetrischen Felder zeigt eine ähnliche Schwingung mit wachsender Amplitude vom Oktober bis Dezember. Im Januar kommt es zu nichtlinearen troposphärischen Rückwirkungen, die die westwärtige Verschiebung und den auf- und ostwärts gerichteten Wellenzug bewirken.

Abstract

(Englisch)

A series of recent sensitivity studies highlighted the important role of longitude dependent ozone for the general circulation. The role of longitude dependent ozone on the seasonal evolution of the atmospheric circulation from autumn to winter has not been studied so far. In this study the mechanisms of the effect of the longitude dependent ozone on the wintertime general circulation based on two model experiments made by Gabriel and Peters using the GCM MAECHAM5 are investigated. First, the control run with the decadal mean of zonally symmetric stratospheric ozone was performed from September to February of the 1990 decade and afterwards the run with the longitude dependent ozone distribution for the same period. Their January results revealed significant temperature changes increasing with height, a westward shift of the maxima and minima of the geopotential wave and an up- and eastward directed wave train. To determine the wave numbers that contribute to the pattern found in January a harmonic decomposition is performed. Moreover, the time - development (October to December) of the zonal mean and zonal asymmetric parts of the temperature-, geopotential-, zonal and meridional wind fields is analyzed. As a third step a linear wave propagation model is set up to investigate the impact of the stratospheric ozone dependent heat source. Therefore, the stratospheric heat source derived from the MAECHAM5 is decomposed in its harmonic components and used as input data. The harmonic decomposition reveals that the interaction of the planetary wave one and two causes the westward shift in the stratosphere, and the interaction of the wave two, three and four defines the tropospheric pattern. The linear model results display that the wave one fraction of the ozone dependent stratospheric heat source forces an additional geopotential wave one in the stratosphere with an amplitude of 10 % of the tropospheric forced wave one. The analyses of the time development of the zonal mean fields makes clear that the longitude dependent ozone modifies the stratospheric vacillation cycle with a period of about 60 days caused by enhanced planetary wave fluxes. Moreover, the analyses of the zonal asymmetric fields reveals a similar vacillation cycle with increasing amplitude from October to December and nonlinear tropospheric feedback in January causing the phase shift and the up- and eastward directed wave train.

Autor*innen

Marianne Bügelmayer

Haupttitel (Deutsch)

Der Einfluss des längenabhängigen Ozons auf die winterliche Allgemeine Zirkulation in mittleren und hohen Breiten

Paralleltitel (Englisch)

The influence of the longitude dependent ozone on the wintertime general circulation in middle and high latitudes

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

79 S. Ill. : graf. Darst., Kt.

Sprache

Deutsch

Beurteiler*in

Dieter Peters

Klassifikation

38 Geowissenschaften > 38.80 Meteorologie: Allgemeines

AC Nummer

AC08484349

Utheses ID

11934

Studienkennzahl

UA | 415 | | |

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Schlagwörter