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Hamann, Ulrich (2010): Die Erwärmungsrate in der tropischen Tropopausenregion. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Die Chemie der Stratosphäre ist bedeutend für das Leben auf unserer Erde. Die Ozonschicht schützt uns vor schädlicher UV-Strahlung und Treibhausgase entwickeln in der Stratosphäre ihr größtes erwärmendes Potential. Der größte Teil des Luftmasseneintrags von der Troposphäre in die Stratosphäre findet in den Tropen statt. Von dort aus werden die eingetragenen Partikel und Gase mit der Brewer-Dobson-Zirkulation in die gesamte Stratosphäre transportiert. Die Transportprozesse in der TTL haben daher Auswirkungen auf die globale stratosphärische Chemie. Der tropische Tropopausenbereich (TTL) ist sozusagen das Tor zur Stratosphäre. Die sich dort befindende Luftmasse wird durch die solare und thermische Strahlung erwärmt und steigt durch die stabil geschichtete TTL in die Stratosphäre auf. Daher rückte in den letzten fünf bis zehn Jahren die Erforschung der Erwärmungsrate in der TTL zunehmend in das wissenschaftliche Interesse. Insbesondere der Ein fuss der Bewölkung auf die Erwärmungsrate ist noch nicht zufriedenstellend erfasst. In dieser Arbeit werden die Ein flüsse der Spurengase und der Bewölkung auf die Erwärmungsrate untersucht. Vor allem Wasserdampf, Ozon und Kohlendioxid sowie die Temperatur bestimmen die Erwärmungsrate bei wolkenlosem Himmel. Die Bewölkung vergrößert die solare Erwärmungsrate dadurch, dass die Wassertröpfchen bzw. Eispartikel einen Teil der solaren Strahlung absorbieren. Außerdem wird durch die Streuung der optische Weg innerhalb des Wolkenvolumens erhöht, wodurch die Absorption durch die Wolkenpartikel als auch durch Spurengase vergrößert wird. Die thermische Erwärmungsrate im unteren Teil der Wolkenschicht ist i. A. positiv und im oberen negativ. Der Einfl uss der drei-dimensionalen Struktur der Bewölkung auf die Erwärmungsrate wird anhand einer Fallstudie untersucht. Die Genauigkeit der Erwärmungsratensimulation kann mithilfe des maximal-zufälligen Überlappschemas um ca. 60% gegenüber der Annahme horizontaler Homogenität verbessert werden. Weiterhin wird die Erwärmungsrate in den Tropen für ein Jahr simuliert. Die Netto-Erwärmungsrate ist in der Troposphäre negativ und wird in einer Höhe von 15.66km positiv. Wenn keine Bewölkung bei der Simulation berücksichtigt wird, liegt dieses Level ca. 220m tiefer. Auch die regionale Struktur der Netto-Erwärmungsrate wird untersucht. Oberhalb der innertropischen Konvergenzzone ist die Netto-Erwärmungsrate in der TTL durch den Effekt der Bewölkung kleiner als in den äußeren Tropen. Weiterhin wird die zeitliche Entwicklung während eines Jahres untersucht. Die Erwärmungsrate in der TTL ist in der Winterhemisphäre höher als in der Sommerhemisphäre. Von Januar bis April, in den Monaten, in denen der größte Transport durch die TTL stattfindet, ist die Netto-Erwärmungsrate in der TTL 0.1K/d größer als im Jahresdurchschnitt. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden mit den bisherigen in diesem Bereich erschienenen Publikationen verglichen. Die Erwärmungsraten unterscheiden sich in der TTL um 0.1 K/d bis 0.4 K/d. Obwohl dieser Zahlenwert klein erscheint, verursacht dies eine große relative Änderung der Netto-Erwärmungsrate, die den Vertikaltransport stark beein usst. Diese Unterschiede können auf die Verwendung unterschiedlicher Ozon- und Wolkendatensätze zurückgeführt werden.