Die Tropopause

Thermische Tropopause

Lapse-Rate –dT/dz < 2 K/kmund innerhalb einer Schicht von mindestens 2 km

Tropopausenbrüche in Zusammenhang mit Fronten und Jets

Vor- und Nachteile

1. Einfach und praktisch: Aus einer Temperatursondierung lässt sich die Tropopause bestimmen.

2. „Korrekte“ Wiedergabe der Sprünge in der Tropopausenhöhe im Zusammenhang mit Jets.

Beispiel: Tropische Tropopause ca. bei 100 hPa, Sprung bei 20 – 30 N auf aussertropische 200-300 hPa

3. Die thermische Tropopause basiert nicht auf einer Erhaltungsgrösse. Sie ist deshalb etwas willkürlich.

Die dynamische Tropopause

Ziel: Soll auf einer dynamisch bedeutsamen Grösse basieren

ist eine adiabatische Erhaltungsgrösse

ist hoch in der Stratosphäre und klein in der Troposphäre, dh. gute Trennungseigenschaft

ist dynamisch bedeutsam: Invertibilitätsprinzip, Partitionsprinzip

PV

Zus‘hang WMO - PV

−50 0 50

−350

−300

−250

−200

−150

−100

−50

Latitude

Pres

sure

WMO2.0 pvu/380 K3.5 pvu/380 K5.0 pvu/380 K

Unterschiede WMO - PV-66

-66

-60

-60 -60

-60

-54

-54

-54

-48 -48

-48

-42

-42

-42

-36

-36

-36

-30

-30

-30

-24

-24

-24

-18 -18

PV und T in einemvertikalen Ost/West-Querschnitt

20010211 00 / +240

75oW 60oW 45oW 30oW 15oW 0o

12oN

24oN

36oN

48oN

60oN

*****

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o

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o

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100

150

200

250

300

350

400

450

500

20010211 00 / +240

75oW 60oW 45oW 30oW 15oW 0o

12oN

24oN

36oN

48oN

60oN

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* ** ****

*

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********

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o

o

o

ooo

100

150

200

250

300

350

400

450

500

2 pvu-Tropopause WMO-Tropopause

TTP / 20010211 00 / +240

75oW 60oW 45oW 30oW 15oW 0o

12oN

24oN

36oN

48oN

60oN

* *

*

*** ***

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*************

ooooooooo

o

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Komplexe Tropopausenstrukturen

Nord Süd

Strat

Trop

1 pvu

Tropopausenfalten

300

300

300

320

320

320

340

340

340

360360

360380

380

380

400

400 420

100

200

300

400

500

600

700800900

20 25 30 35 40

b)

latitude

pres

sure

[hP

a]

Diplomarbeit vonMischa Croci-Maspoli:

Eine neue Methode zurErkennung von Tropo-pausenfalten.

EQ

GM ID

b)

Geografische Verteilung von flachen Tropopausenfalten (>50 hPa)

JJA

EQ

GM ID

d)

Geografische Verteilung von mittleren Tropopausenfalten (>200 hPa)

EQ

GM ID

d)

Geografische Verteilung von tiefen Tropopausenfalten (>350 hPa)

EQ

GM ID

e)

JJA

DJF

Die chemische Tropopause

Zum Beispiel als Fläche gleicher Ozon-Konentration

Zus‘hang von PV- und Ozon-Tropopause

PV Ozon

Die tropische Tropopause

280

280

340340

340

400

400

400

460

460

460

520 In den Aussertropen: 2 pvu

In den Tropen: 380 K

p(Tropo)=max (p@2pvu,p@380K)

Merkregel:

Tropen : 100 hPaMittlere Breiten : 200-300 hPaPolargebiet : 300 hPa

Weitere Definitionen

• 100 hPa Druckfläche

• WMO Lapse-Rate (-dT/dz < 2K/km + innerhalb von 2 km)

• Temperaturminium („Cold point“)

• Höchste durch Konvektion erreichbare Schichten

Durch Konvektion dominierter vertikaler Transport

Tropical Tropopause Layer (TTL)Keine Konvektion!!! Strahlung, Diffusion,... ?TTL

Convection

Massentransport im TTL

Top of Convection

Lapse-Rate Tropopause

Cold Point Tropopause

TTL

Stratophere

Troposphere

Massenaustausch durch Tropopause

Stratosphere-Troposphere Exchange (STE)

Definition der dynamischen Tropopause

280

280

340340

340

400

400

400

460

460

460

520

380 K

2 pvu

TST

STT

z

2

Δ p1

1

3

4

3

2

4

1

tropopause

Fallbeispiel

Stratosphäre(PV > 2 pvu)

Troposphäre(PV < 2 pvu)

Messung von Intrusionen

Ozon

ECMWF-Analyse

*

**

*

O

OOO O

O

O O

OO

O

tC (86/02/02 06 UTC)

GM

****

* **

* ***

*

OO

OO

O

sC (86/01/12 18 UTC)

Troposphärisches Cutoff Stratosphärisches Cutoff

TSTSTT

GM

**

**

******O

O

O

O

O

OOO

sS (86/01/23 06 UTC)

GM

*

******

*

*****

**

**

OOOO

OO

OO

OO

tS (86/01/13 12 UTC)

Troposphärischer Streamer

Stratosphärischer Streamer

NP

GM

ID

b)

deep TST winter

NP

GM

k) deep TSTorigins

NP

GM

j) deep TSTorigins

NAO-

NAO+

Luftpakete im PBL, dieInnerhalb der nächsten48 h in die Stratosphäregelangen

Durchstossen der Tropopause

2 pvu Isofläche

NP

GM

ID

b)

deep TSTorigins

winter

Dee

p S

TT

and

TS

T

79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6 deep STTdeep TST

e)

Jahresgang des tiefreichenden Austauschs durch die Tropopause

Wintermaximum Sommenminimum

STT

TST

Ozon-Maxima Ozonproduktion durch Photolyse

Die Brewer-Dobson Zirkulation („The extratropical pump“)

Massenfluss durch die tropische TropopauseGenauer: Tropical Tropopause Layer

Feuchtetranport durch Tropopause

Beobachtung: Die Stratosphäre ist sehr trocken

Folgerung: Der Feuchtetransport von der Troposphärein die Stratosphäre muss begrenzt werden

Der Druck p und die Temperatur T beimDurchstossen der Tropopause entscheidet, wieviel Wasserdampf durch die Trajektorievon der Troposphäre in die Stratosphäretransportiert werden kann.

Troposphäre

Stratosphäre

Ws(p,T) = ε es(T)/pMaximaler Anteil von Wasserdampf(in g/kg), den ein Luftpaket des Drucksp und der Temperatur T halten kann

-75

-60

-60

-60

-60-4

5

-45

-45

-45

-45

-45-30

-30

-30

-15

-15

Temperatur und dynamische Tropopause

-75OC

-50OC

Temperatur der tropischen Tropopause

Winter

Sommer

„The tropical Tape Recorder“

Hoher Wasserdampfanteil im Sommer/Herbst

Niedriger Wasserdampfanteil im Winter/Frühling

Feuchtesignal auf Tropopause wird nach oben transportiert

Microwave Limb Sounder

Wasserdampf auf 215 hPa