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Abstract:
In dieser Arbeit wird der Einfluß der QBO auf die allgemeine Zirkulation mit Hilfe des allge
meinen Zirkulationsmodells ECHAM4 untersucht. Dazu werden einerseits mögliche QBO-Signale gesucht und diese andererseits auf ihre V/ichtigkeitbzgl. des ENSO-influsses getestet. Für den ersten Teil wurden zwei Experimente durchgeführt, deren interannuale, atmosphärische Yarianz sowohl durch die Vorgabe von klimatologischen Meeresoberflächentemperaturen als auch durch eine zeitlich konstante, assimilierte QBO reduziert wurde. Die
QBO wurde dabei in'West- bzw. Ostphase jeweils über 10 Jahre vorgegeben. Aus diesen Experimenten wurden potentielle QBO-Signale abgeleitet. Die Wichtigkeit dieser potentiellen
QBO-Signale wurde durch das Vergleichen der Variabilität von drei weiteren Experimenten
abgeschätzt. Erstens wurde ein Kontrollexperiment ohne QBO-Assimilation integriert, in dem
die interannuale Yarianz ebenfalls durch die Vorgabe einer klimatologischen Meeresoberflächentemperaturverteilung reduziert wurde. Aus diesem Experiment wurde das von der internen Variabilität der Atmosphäre verursachte Rauschen im potentiellen QBO-Signal
abgeschätzt. Zweitens wurden Daten eines weiteren Experiments ohne QBO-Assimilation
untersucht, wobei allerdings die beobachteten Meeresoberflächentemperaturen der Jahre 1979 bis 1992 vorgeschrieben wurden. Dieses Experiment diente dazu, den Anteil der ENSO-Varianz in einem potentiellen QBO-Signal abzuschätzen. Drittens wurde ein Experiment durchgeführt, worin sowohl die Meeresoberflächentemperaturen als auch die QBO gemäß den
Beobachtungen der Jahre 1979 bis 1992 vorgegeben wurden. Daraus konnte dann die Wichtigkeit des QBO-Signals bei einer realitätsnahen atmosphärischen Yarianz analysiert werden.
In dieser Arbeit wurden fünf verschiedene potentielle Einflußgebiete der QBO untersucht.
Dies sind die Dynamik im QBO-Bereich, physikalische Mechanismen, durch die die eBO die Zirkulatíon in der Troposphäre modulieren kann, der QBO-Beitrag zur Variabilität des indischen Südwestmonsuns, die Beeinflussung der stratosphåirischen Winterzirkulation und die Modulation des'was serdampftransports durch die tropi sche Tropopau se.
Die Analyse der Zirkulationsanomalien in der tropischen unteren Stratosphtire, also im QBO-Bereich, führte zur Entdeckung eines transienten Modes mit großer Ahnlichkeit zu einer Kelvinwelle mit zonaler Wellenzahl 4, wovon allerdings nur drei Wellenlängen gut erkennbar sind. Dieser Mode hat eine meridionale Skala von 5° Breite, ist im wesentlichen stationäir gegenüber dem Boden und wird vor allem in den Monaten Dezember bis Februar angeregt,
wenn sich die QBO in Ostphase befindet. Dieser Mode wird durch eine barotrope Instabilität des östlichen äquatorialen Jets über Indonesien angeregt. Diese Instabilität hat die Form eines Doppelvortex mit Rotationsachsen zu beiden Seiten des Aquators, die in östlicher Richtung
ansteigen. Dadurch werden am Äquator starke Westwindanomalien erzeugt, die von unten herbis in die QBO-Ostphase reichen. Diese Kelvinwelle und die sie erzeugende barotrope Instabilität können somit zur physikalischen Erklärung der oft beobachteten Verzögerung der Ostpha-
senpropagation der QBO im borealen Winter beitragen.
Aus den Experimenten konnte abgeleitet werden, daß die QBO durch die Modulierung der Tropopausentemperatur über ihre sekundäre meridionale Temperatur die tiefe Konvektion
regulieren kann. Eine Temperaturänderung an der Tropopause verursacht eine Änderung des Temperaturgegensatzes zwischen der Tropopause und der Meeresoberfläche, der die Effizienz
der thermodynamischen Prozesse limitiert. Dieser erste Prozeß wird durch eine positive Rückkopplung über Cimrs cloud f'orcing verstäirkt und führt zu einem QBO-Signal im Juli-August-Niederschlag in Ostasien, das mit Beobachtungen qualitativ übereinstimmt.
Eine Analyse des indischen Südwestmonsuns bestätigte Beobachtungen, die eine Erhöhung der Niederschläge bei WesrQBO gegenüber Ost-QBO feststellen. Hiervon betroffen sind die nördliche Westküste und die südöstliche Küste zur Bengalischen See. Die klimatologische Differenz der Niederschläge zwischen West-QBO und Ost-QBO beträgt im Juli und August in
diesen zwei Gebieten ca. 100 mm/Monat. Allerdings zeigen die Monsunniederschläge eine beträchtliche Yafianz. Es konnte jedoch gezeigt werden, daß eine um zwölf Monate vorangehende QBO-Ostphase auf 30 hPa als notwendiges Kriterium für eine QBO-bedingte überdurchschnittliche Niederschlagsmenge gebraucht werden kann.
Der aus Beobachtungen postulierte Einfluß der QBO auf die stratosphärische Winterzirkulation konnte nicht weiter konkretisiert werden. Die Untersuchung der geopotentiellen Höhe auf
30 hPa in hohen Breiten ergab zwar eine erstaunliche Ähntchkeit der modellierten potentiellen QBO-Muster zu den aus den Analysen der Freien Universität Berlin abgeleiteten Mustern.
Dies gilt sowohl frir die Monate November und Dezember, als auch für die Monate Januar und
Februar, wenn dem Modell ein Hoch der TTO zugestanden wird. Aus statistischer Sicht hingegen konnte keines dieser Muster gesichert werden.
Der 'Wasserdampftransport von der tropischen Tropopause in die Stratosphäre wird von der
QBO über zwei Mechanismen reguliert. Erstens wird die Intensität des Stratosphåiren-Tropo-
sphåiren-Austausch bei QBO-Westphase gegenüber QBO-Ostphase um ca. 10% gebremst.
Zweitens wird die spezifische Feuchte in der Stratosphäire durch die Tropopausentemperatur
limitiert, so daß in den Experimenten, die keine Photochemie berücksichtigen, ein QBO-Signal
mit einer Amplitude von 0.05 ppmm entsteht.
