Authors:	Böttcher, Maxi
Title:	Dynamik diabatischer Rossby-Wellen
Online publication date:	30-Sep-2010
Year of first publication:	2010
Language:	german
Abstract:	Diabatische Rossby-Wellen (DRWs) sind zyklonale Wirbel in der unteren Troposphäre, welche sich durch einen thermodynamisch-dynamischen Mechanismus kontinuierlich regenerieren und dabei schnell propagieren können. Vorangehende Untersuchungen schreiben derartigen zyklonalen Wirbeln das Potential zu, unter Wechselwirkung mit einer Anomalie an der Tropopause eine rapide Zyklonenintensivierung und folglich extreme Wetterereignisse hervorrufen zu können. DRWs wurden bisher meist in idealisierten Studien untersucht, woraus sich noch einige offene Fragen zu diesem Phänomen, besonders in realen Modelldaten, ergeben.rnrnIm Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Fallstudie einer DRW, die im Dezember 2005 über dem Nordatlantik auftrat. Der Lebenszyklus des Systems ist über mehrere Tage und durch verschiedene Phasen verfolgbar und resultiert in einer explosiven Druckvertiefung. Zur Untersuchung der Fallstudie wurde mit operationellen Daten eines Globalmodelles sowie mit den Resultaten eines feinskaligeren Regionalmodelles gearbeitet, auf welche unterschiedliche Analysewerkzeuge angewendet wurden. rnrnDie eingehende Untersuchung der Propagationsphase der DRW bekräftigte das Vorhandensein von genügend Feuchte und Baroklinität als essentiell für den Propagationsmechanismus und die Intensität der DRW. Während der Propagationsphase arbeitet der selbsterhaltende DRW-Mechanismus unabhängig von einer von den Wellen an der Tropopause ausgehenden Anregung. Sensitivitätsstudien mit dem Regionalmodell, in denen die Umgebungsbedingungen der DRW lokal modifiziert wurden, ergaben, dass die Propagation einen relativ robusten Ablauf darstellt. Dementsprechend war in den vier untersuchten operationellen Vorhersagen die Propagationsphase gut wiedergegeben, während die rapide Intensivierung, wie sie gemäß den Analysen aufgetreten ist, von zwei der Vorhersagen verfehlt wurde.rnrnBei der Untersuchung der Intensivierungsphase stellten sich die Position und die zeitliche Abstimmung der Bewegung der Anomalie an der Tropopause relativ zur DRW in der unteren Troposphäre sowie die Stärke der Systeme als entscheidende Einflussfaktoren heraus. In den Entwicklungen der Sensitivitätssimulationen deutete sich an, dass ein unabhängig von der DRW an geeigneter Position entstandener zyklonaler Wirbel konstruktiver zu einer starken Zyklonenintensivierung beitragen kann als die DRW.rnrnIm zweiten Teil der Arbeit wurde ein Datensatz über die Nordhemisphäre für die Jahre 2004-2008 hinsichtlich des geographischen Vorkommens und der Intensivierung von DRWs untersucht. DRWs ereigneten sich in diesem Zeitraum über dem Atlantik (255 DRWs) halb so oft wie über dem Pazifik (515 DRWs). Ihre Entstehungsgebiete befanden sich über den Ostteilen der Kontinente und den Westhälften der Ozeane. Die Zugbahnen folgten größtenteils der baroklinen Zone der mittleren Breiten. Von den erfassten DRWs intensivierten sich im Atlanik 16% zu explosiven Tiefdruckgebieten, über dem Pazifik liegt der Anteil mit 11% etwas niedriger. Damit tragen DRWs zu etwa 20% der sich explosiv intensivierenden außertropischen Zyklonen bei. Diabatic Rossby waves (DRWs) are cyclonic vortices in the lower troposphere that regenerate themselves continuously through thermodynamic-dynamical processes. It has been hypothesized that DRWs can be important precursors for rapid cyclone development. Previously, the mechanism of DRWs has been studied mainly in idealized numerical experiments with zonally symmetric channel flows. Consequently, important questions related to the dynamics and climatological frequency of this phenomenon remain that should be investigated with the aid of full physics model data.rn rnIn the first part of the thesis a detailed case study is undertaken of a DRW that is involved in explosive cyclone development over the North Atlantic in December 2005. The DRW life cycle extends over several days and is characterized by distinct development phases, including rapid cyclone intensification. Data from global ECMWF analyses and forecasts, and from simulations with a regional model are used to investigate this event. Various tools have been developed in order to qualitatively analyse the various aspectes of the DRW life cycle.rnrnThe thorough investigation of the propagation phase confirmed that the DRW propagation mechanism requires substantial moisture supply and intense baroclincity. Furthermore, these two environmental conditions control the DRW intensity. The self-sustaining mechanism of the DRW operates without a forcing from upper-tropospheric waves. Sensitivity studies with locally modified environmental conditions revealed that the DRW propagation mechanism is fairly robust. Accordingly, the propagation phase of the DRW was well represented in the four operational forecasts investigated here, whereas the subsequent cyclone intensification failed in two of the forecasts.rnrnThe investigation of the DRW intensification showed that the position and the timing of the upper-level waves relative to the DRW in the lower troposphere as well as the strength of the systems are the key parameters that determine the intensification rate. The sensitivity experiments suggest that in the absence of a DRW a well-positioned cyclonic vortex (induced by the upper-level wave) can even better contribute to the cyclone intensification than the DRW.rnrnIn a second part of the work a 5-year climatology of DRWs has been compiled, using a refined DRW tracking algorithm. It is shown that DRW events occur about twice as often over the Pacific (515 cases) than over the Atlantic (255 cases). DRW genesis regions are the eastern parts of the continents and the western parts of the oceans. They typically propagate along the mid-latitude baroclinic zone. Only 16% of the DRWs intensify explosively in the Atlantic basin and 11% in the Pacific. Thereby, DRWs contribute to about 20% of all explosively intensifying extratropical cyclones.rn
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4848
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-24224
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	109 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen