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Einfluss von Gebirgswellen auf die Wasserdampfverteilung in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre
Einfluss von Gebirgswellen auf die Wasserdampfverteilung in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre
Wasserdampf ist das wichtigste natürliche Treibhausgas. In dieser Arbeit liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung eines gebirgswelleninduzierten vertikalen Transports von Wasserdampf in die obere Troposphäre und untere Stratosphäre (UTLS). Dafür werden in einer Hotspot-Region für Schwerewellen flugzeuggetragene Messungen orographisch angeregter Gebirgswellen über den Südlichen Alpen Neuseelands ausgewertet, die im Rahmen der DEEPWAVE-Kampagne (Deep Propagating Gravity Wave Experiment) stattgefunden haben. Der aufwärts gerichtete Wasserdampftransport erstreckt sich im Höhenbereich zwischen 7,7 und 13,0 km über die thermische Tropopause hinweg. Geringe Richardson-Zahlen an Stellen hoher Gebirgswellenaktivität weisen auf das lokale Auftreten von Turbulenz knapp unterhalb der thermischen Tropopause hin. Als Konsequenz zeigt die H2O-O3-Korrelation eine verstärkte Mischung von Wasserdampf in der UTLS bei den Schwerewellenflügen gegenüber einem Flug in Hintergrundbedingungen. Die erhöhten Wasserdampfmischungsverhältnisse in der UTLS können lokal zu einem Strahlungsantrieb von mehr als 1 W m-2 führen., Water vapor is the major natural greenhouse gas. This work focuses on a mountain wave induced vertical transport of water vapor through the upper troposphere and lower stratosphere (UTLS). To this end, airborne measurements in a hot-spot region for gravity waves are investigated during an orographic mountain wave event over the Southern Alps in New Zealand. The data were collected during the Deep Propagating Gravity Wave Experiment (DEEPWAVE) campaign. The upward transport of water vapor from the troposphere through the thermal tropopause to the stratosphere extends over the altitude range between 7.7 and 13.0 km. Low Richardson numbers derived from dropsonde data indicate enhanced local turbulence and mixing just below the thermal tropopause. Additionally, water vapor to ozone correlations suggest stronger mixing on the mountain wave flights compared to a flight in less disturbed background conditions. The enhanced water vapor mixing ration in the UTLS caused by mountain waves could locally lead to a radiative forcing greater than 1 W m-2.
Wasserdampftransport, Gebirgswellen, UTLS, DEEPWAVE
Heller, Romy
2018
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Heller, Romy (2018): Einfluss von Gebirgswellen auf die Wasserdampfverteilung in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Wasserdampf ist das wichtigste natürliche Treibhausgas. In dieser Arbeit liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung eines gebirgswelleninduzierten vertikalen Transports von Wasserdampf in die obere Troposphäre und untere Stratosphäre (UTLS). Dafür werden in einer Hotspot-Region für Schwerewellen flugzeuggetragene Messungen orographisch angeregter Gebirgswellen über den Südlichen Alpen Neuseelands ausgewertet, die im Rahmen der DEEPWAVE-Kampagne (Deep Propagating Gravity Wave Experiment) stattgefunden haben. Der aufwärts gerichtete Wasserdampftransport erstreckt sich im Höhenbereich zwischen 7,7 und 13,0 km über die thermische Tropopause hinweg. Geringe Richardson-Zahlen an Stellen hoher Gebirgswellenaktivität weisen auf das lokale Auftreten von Turbulenz knapp unterhalb der thermischen Tropopause hin. Als Konsequenz zeigt die H2O-O3-Korrelation eine verstärkte Mischung von Wasserdampf in der UTLS bei den Schwerewellenflügen gegenüber einem Flug in Hintergrundbedingungen. Die erhöhten Wasserdampfmischungsverhältnisse in der UTLS können lokal zu einem Strahlungsantrieb von mehr als 1 W m-2 führen.

Abstract

Water vapor is the major natural greenhouse gas. This work focuses on a mountain wave induced vertical transport of water vapor through the upper troposphere and lower stratosphere (UTLS). To this end, airborne measurements in a hot-spot region for gravity waves are investigated during an orographic mountain wave event over the Southern Alps in New Zealand. The data were collected during the Deep Propagating Gravity Wave Experiment (DEEPWAVE) campaign. The upward transport of water vapor from the troposphere through the thermal tropopause to the stratosphere extends over the altitude range between 7.7 and 13.0 km. Low Richardson numbers derived from dropsonde data indicate enhanced local turbulence and mixing just below the thermal tropopause. Additionally, water vapor to ozone correlations suggest stronger mixing on the mountain wave flights compared to a flight in less disturbed background conditions. The enhanced water vapor mixing ration in the UTLS caused by mountain waves could locally lead to a radiative forcing greater than 1 W m-2.