E7 Atmosphärische Wellen Planetarisch und Äquatorial

Thema

Großräumige atmosphärische Wellen werden anhand ihres Ursprungs und ihrer rücktreibenden Kräfte in zwei Hauptgruppen unterteilt: planetarische Wellen (auch Rossby-Wellen genannt) und äquatoriale Wellen. Planetarische Wellen sind großräumige Schwingungen, deren rücktreibende Kraft die meridionale Variation des Coriolisparameters ist – also die Änderung dieses Parameters mit zunehmender geografischer Breite – bekannt als Beta-Gradient. Diese Variation wirkt jeder Strömungsstörung entgegen und erzeugt so die Welle. Planetarische Wellen breiten sich relativ zum sie tragenden Hintergrundwind westwärts aus und sind verantwortlich für die Mäander, aus denen Jetstreams entstehen, die Blockierungszonen, die diese Mäander erzeugen können, und die Fernwirkungen, die Wettersignale Tausende von Kilometern von ihrem Ursprung entfernt transportieren. Die Größe, die diese gesamte Dynamik bestimmt und bei der Ausbreitung der Welle erhalten bleibt, ist die Ertelsche potentielle Vorticity.

Die zweite Gruppe, die äquatorialen Wellen, breiten sich nicht wie planetarische Wellen frei in allen Breitengraden aus, sondern sind in der Nähe des Äquators gefangen. Dies liegt genau daran, dass der Coriolisparameter dort sein Vorzeichen ändert und seine Variation mit dem Breitengrad als eine Art Leitlinie wirkt, die die Welle auf diese äquatoriale Zone beschränkt.

Innerhalb dieser Familie äquatorialer Wellen sind drei Typen für die tropische Zirkulation besonders wichtig. Kelvin-Wellen breiten sich ausschließlich ostwärts aus, ohne meridionale Windkomponente, und sind entscheidend für die Ausbreitung der El-Niño-La-Niña-Oszillation im tropischen Pazifik. Äquatoriale Rossby-Wellen hingegen breiten sich westwärts aus, genau wie die planetaren Wellen, von denen sie ihren Namen haben, und stehen in Zusammenhang mit der Madden-Julian-Oszillation. Auch gemischte Rossby-Schwerewellen, sogenannte Yanai-Wellen, breiten sich westwärts aus und vereinen Eigenschaften beider Wellentypen.

Zusammen modulieren diese drei Typen äquatorialer Wellen die Organisation der tropischen Konvektion und bestimmen, wo und wann sich Stürme entlang des Äquatorialgürtels konzentrieren. Sie modulieren zudem den halbjährlichen Zyklus in der tropischen Stratosphäre und prägen so deren Zirkulation ihren eigenen Rhythmus ein. Sowohl planetarische als auch äquatoriale Wellenaktivität lassen sich mit demselben Diagnoseinstrument überwachen: Eliassen-Palm-Vektoren. Diese Vektoren zeigen, wie sich Wellenaktivität entlang der Ebene von einem Breitengrad zum anderen und von einer Höhe zur anderen ausbreitet und welchen Einfluss sie auf die umgebende mittlere Strömung hat. Die Divergenz dieser Eliassen-Palm-Vektoren misst präzise, ​​wie stark die kombinierte Aktivität planetarischer und äquatorialer Wellen die mittlere zonale Strömung beschleunigt oder verlangsamt. So lassen sich diese beiden Arten großräumiger atmosphärischer Wellen – von den Mäandern der Jetstreams, die planetarische Wellen erzeugen, bis hin zum Rhythmus, den äquatoriale Wellen der tropischen Konvektion und der Stratosphäre verleihen – letztlich mit derselben Sprache beschreiben: wie stark sich Wellenaktivität ausbreitet und wie stark diese Aktivität die umgebende mittlere Strömung beschleunigt oder verlangsamt.

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