Brunn, Wiebke (2007) Die Minimumtemperatur in der tropischen Tropopausenschicht in Nordhemisphärischen Wintern von 1957 bis 2006. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, Germany, 123 pp.

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Abstract

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung der Temperatur in der tropischen Tropopausenschicht (Englisch: "Tropical Tropopause Layer",TTL) im Nordhemisphären-Winter (NH-Winter) und des Einflusses der Brewer-Dobson-Zirkulation (Englisch: "Brewer-Dobson-Circulation", BDC) auf diese. Zunächst werden dazu die verwendeten Datensätze des ECMWFs miteinander verglichen. Die kältesten NH-Winter werden anhand dieses Datenvergleichs ermittelt und in Vergleich zu der jeweiligen Klimatologie gesetzt, so dass für jeden Datensatz der kälteste NH-Winter ermittelt wird. Am Ende wird der Einfluss des extratropischen Wellenantriebs, dargestellt durch den Eliassen-Palm-Fluss (EP-Fluss), auf die Temperatur in der TTL untersucht.
Der Vergleich zwischen zwei ECMWF-Analysen zeigt eine kalte Abweichung der opECMWF T511/L60-Analyse gegenÜber den ERA-40-Daten. Im Vergleich zu Radiosondendaten zeigt sich, dass die opECMWF T511/L60-Analyse diese gut wiedergibt, die ERA-40-Daten allerdings eine warme Abweichung aufweisen.
Über dem maritimen Kontinent liegt die niedrigste saisonal gemittelten "Cold Point Tropopause-Temperatur" (CPT-Temperatur) unter 189 K (ERA-40-Klimatologie) bzw. 186 K (opECMWF T511/L60-Klimatologie) aufgrund des dort liegenden starken Konvektionsgebietes. Die Temperatur der tropische Tropopausenschicht unterliegt einer zwischenjährlichen Variabilität. Unter anderem wird diese verursacht durch äußere Einflüsse von der quasi-zweijährigen Schwingung (Englisch: "Quasi-Biennial-Oscillation", QBO), "El Niño Southern Oscillation" (ENSO), VulkanausbrÜchen und dem 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus.
Durch die QBO-West-Phase, Vulkanausbrüche und das Minimum des 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus wird die CPT erwärmend beeinflusst. Abkühlend wirken die QBO-Ost-Phase und das Maximum des 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus auf die TTL. Das ENSO-Ereignis zeigt in der saisonal gemittelten CPT-Temperaturanomalie eine Hantelstruktur über dem Zentral- bis Ostpazifik, die bei einem El Niño negativ und und bei einem La Niña positiv ist. Über dem Westpazifik ist die Anomalie entgegengesetzt und schwächer ausgeprägt.
Seit Anfang des 21. Jahrhunderts häufen sich die sehr kalten NH-Winter in der TTL. Dabei treten in den täglichen CPT-Temperaturen Werte unterhalb von 177 K auf. Im saisonalen Mittel liegt die CPT-Temperatur des kältesten NH-Winter 2001/2002 bei unter 183 K.
Verursacht werden die niedrigen CPT-Temperaturen durch eine verstärkte BDC. Korrelationsberechnungen ergeben die stärkste Antikorrelation zwischen der tropischen CPT-Temperatur im Februar und dem hemisphärisch gemittelten EP-Fluss, dem Wellenantrieb der BDC, in 250 hPa. Vermehrtes Wellenbrechen in den Extratropen wirkt auf die stratosphärische Meridionalzirkulation und verstärkt diese. Dadurch ergibt sich ein verstärktes Aufsteigen in den Tropen und Absinken in den polaren Breiten. Diese Wirkung ist zeitverzögert zu dem Wellenbrechen. Das verstärkte Aufsteigen verursacht eine geringere CPT-Temperatur in den Tropen und das Absinken eine wärmere polaren Stratosphäre.
Seit Anfang 2000 häufen sich die in der TTL sehr kalten NH-Winter, verursacht durch vermehrten extratropischen Wellenantrieb und bewirken eine sehr kalte tropische Tropopause. Dieses hat einen sehr geringen Eintrag an Wasserdampf in die Stratosphäre zur Folge.

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