Wellengetriebene Zirkulation

Wenn großräumige Windsysteme durch die Wirkung kleinerer Wellen verändert werden, und sich dadurch auch die Wellen verändern, sprechen wir von einer Wechselwirkung zwischen Wellen und der mittleren Strömung. Ein bekanntes Beispiel und auch Gegenstand unserer Forschung ist die quasi-zweijährliche Oszillation (QBO).

Die QBO besteht aus westlichen und östlichen Windbändern, sogenannten Jets, die hoch über dem Äquator rund um den Globus verlaufen. Jeder Jet entsteht in der höheren Stratosphäre, von wo aus er sich nach unten bis in die Nähe der Tropopause bewegt. Hat sich ein Westwindjet genügend weit nach unten bewegt, entsteht darüber ein Ostwindjet, und umgekehrt. Ein vollständiger Zyklus hat eine Länge von etwas mehr als 2 Jahren. Die Ausbreitung dieser Jets nach unten und das Vorhandensein von Westwindjets am Äquator sind das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen Wellen und der mittleren Strömung.

An diesem Mechanismus sind viele Skalen beteiligt, von Schwerewellen mit Längenskalen von ca. 100 km bis zur globalen Skala der QBO-Jets. Die Interaktion solch unterschiedlicher Skalen macht die QBO zu einem besonders interessanten Fall dieser Wechselwirkung zwischen Wellen und der mittleren Strömung. Diese Wechselwirkung macht auch den Versuch die QBO zu modellieren zu einer großen Herausforderung.

Mit unserer Forschung möchten wir die Details dieser Wechselwirkung besser verstehen und darüber hinaus herausfinden, wie die Prozesse, die die QBO erzeugen, und die QBO selbst von den Klimabedingungen abhängen. Daher ist unsere Gruppe bestrebt, ein innovatives numerisches Modell zu entwickeln um die erste direkte Simulation der QBO durchzuführen, bei der die Dynamik von der hochreichenden Konvektion über die tropischen Wellen bis zur QBO aufgelöst wird. Solche Simulationen werden uns neue Einblicke in die Kopplung zwischen diesen Phänomenen und deren Empfindlichkeit gegenüber Klimaänderungen geben.