Neue Theorie für strahlungsgetriebene, flache Zirkulationen

Credit: MPI-M

In einer neuen Studie im Journal of Atmospheric Science zeigen Ann Kristin Naumann, Bjorn Stevens, Cathy Hohenegger und Juan Pedro Mellado vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M), dass flache Zirkulationen, die von Strahlungsunterschieden angetrieben werden, genauso stark sein können wie jene, die durch Unterschiede in der Oberflächentemperatur erzeugt werden.

Die Wissenschaftler haben ein einfaches konzeptionelles Modell entwickelt, um zu verstehen, wie Strahlungsabkühlung im unteren Teil der tropischen Troposphäre (1-3 km) Zirkulationen hervorruft. Es wird angenommen, dass diese flachen Zirkulationen für die Struktur und Organisation von tiefer Konvektion, einschließlich der innertropischen Konvergenzzone, eine wichtige Rolle spielen.

Laut der von Naumann et al. entwickelten Theorie kann eine strahlungsangetriebene, flache Zirkulation genauso wirksam sein wie jene, die von Unterschieden in der Oberflächentemperatur verursacht wird. Letztere war bislang die dominierende Erklärung dafür, wie Wärmemuster der Meeresoberfläche die Lage und Stärke von hochreichender Konvektion beeinflussen. Die Forscher verglichen ihre Theorie mit hochauflösenden (Large-Eddy) Simulationen und stellten fest, dass ihre Theorie die experimentellen, numerischen Ergebnisse erklären kann.

Die Studie eröffnet eine neue Sichtweise in der tropischen Klimadynamik, da Luftströmungen ebenso durch Strahlungsabkühlung in der unteren Troposphäre angetrieben werden können, wie durch Gradienten in der Oberflächentemperatur, die sich aus Unterschieden in den oberflächennahen Windgeschwindigkeiten oder der Sonneneinstrahlung ergeben. Das bedeutet, dass die Strahlungseffekte von Wasserdampf in der unteren Troposphäre eine sehr aktive Rolle in der gekoppelten Dynamik dieses wichtigen und noch geheimnisvollen Teils der Erdatmosphäre spielen könnten.

Publikation:

Naumann, A. K., Stevens, B., Hohenegger, C., & Mellado, J.-P. (2017): A conceptual model of a shallow circulation induced by prescribed low-level radiative cooling. Journal of the Atmospheric Sciences. doi: 10.1175/JAS-D-17-0030.1

Kontakt:
Dr. Ann Kristin Naumann
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: +49 40 41173 239
E-Mail: ann-kristin.naumann@we dont want spammpimet.mpg.de