dc.contributor.author
Schöllhammer, Kathrin
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:56:25Z
dc.date.available
2002-12-10T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/4436
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-8636
dc.description
Titel
Inhaltsverzeichnis
Einleitung 1
1. Schwerewellen in der Atmosphäre 6
1.1 Der Aufbau der Atmosphäre 6
1.2 Schwerewellen 12
2. Theorie 21
2.1 Dispersionsgleichung für Schwerewellen 22
2.2 Spektraltheorie der Schwerewellen 29
2.3 Parametrisierungsmodell 32
2.3.1 Impulsfluss durch Schwerewellen 34
2.4 Analyseprozeduren 36
2.4.1 Radiosondendaten 36
2.4.2 Spektralanalyse der Temperaturfluktuation 42
2.4.3 Vertikale Ausbreitungsrichtung der Wellen 44
2.3.4 Stokes-Parameter-Analyse 46
2.5 Zusammenfassung 49
3. Ergebnisse 51
3.1 Zustand der Atmosphäre im Beobachtungszeitraum 51
3.2 Variabilität der Schwerewellen 54
3.2.1 Powerspektrum vertikaler Wellenzahlen aus Temperaturfluktuationen 55
3.2.2 Schwerewellenaktivität 61
3.2.3 Anteile kinetischer und potentieller Energie 66
3.2.4 Ausbreitungsrichtung der Wellen 67
3.2.5 Wellenfrequenz 73
3.2.6 Vertikale und horizontale Wellenlänge 74
3.2.7 Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten 77
3.3 Vertikaler Impulsfluss durch Schwerewellen 79
3.4 Zusammenfassung der Parameter 80
3.5 Quellen der Schwerewellenaktivität über Lindenberg 81
3.5.1 Fronten und Schwerewellenaktivität 84
3.5.2 Windgeschwindigkeit und Schwerewellenaktivität 96
3.6 Fallstudien zur Quellen-Identifizierung 99
4. Zusammenfassung und Ausblick 116
4.1 Zusammenfassung 116
4.2 Ausblick 118
Anhang 120
Symbolverzeichnis 133
Literaturverzeichnis 134
Danksagung 142
* * *
####
dc.description.abstract
Diese Arbeit untersucht die Eigenschaften von Schwerewellen, Wellen aus dem
kleinräumigen Anteil des Spektrums atmosphärischer Bewegungen. Schwerewellen
sind Oszillationen in meteorologischen Parametern wie Temperatur,
Windgeschwindigkeit, Druck und Dichte, die sich als Effekt der Schichtung der
Luft im Zusammenhang mit der Schwerkraft verstehen lassen. Schwerewellen
können sich bis in große Höhen der Atmosphäre ausbreiten und sie treten mit
einer Vielzahl möglicher Perioden (Minuten bis Stunden) und horizontalen
Wellenlängen (wenigen hundert Kilometern bis hin zu etwa tausend Kilometern)
auf. Schwerewellen transportieren Impuls und Energie von ihrem Entstehungsort
(z.B. Troposphäre) in andere Höhenregionen z.B. in die Stratosphäre und
Mesosphäre und beeinflussen dort die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre.
Weitgehend unbekannt sind die Charakteristiken von Schwerewellen, die in
mittleren Breiten auftreten, aber nicht durch Berge angeregt werden. Es
herrscht bislang Unklarheit darüber, wo solche nicht-stationäre Schwerewellen
entstehen und wie groß ihr Anteil ist. Das beobachtete Ansteigen von
Schwerewellenaktivität in der Nähe von Frontalzonen und "Jetstreams" über dem
Ozean [Fritts und Nastrom 1992] ist ein Hinweis darauf, dass auch andere
nicht-orographische Quellen einen nicht unerheblichen Anteil an der
Schwerewellenaktivität besitzen. Durch systematische Auswertung eines
vierjährigen Datensatzes von Radiosondendaten einer Station in den mittleren
Breiten (Lindenberg) konnte mit dieser Arbeit ein Beitrag zur Erstellung einer
globalen Klimatologie von Schwerewellenaktivität innerhalb der SPARC Gravity
Wave Initiative geleistet werden: Es wurde gezeigt, dass die
Schwerewellenaktivität in den mittleren Breiten deutlich geringer (Faktor 1/2)
als in tropischen Gebieten ist und einen typische Jahresgang (maximaler
Schwerewellenaktivität im Winter und minimaler Aktivität im Sommer) besitzt,
welcher abhängig vom Hintergrundwind, bzw. von der synoptischen Situation ist.
Die beobachteten Schwerewellen breiten sich im Mittel entgegen der meist
herrschenden Westströmung aus. Der Anteil der aufwärtsgerichteten
Ausbreitungsrichtung der Schwerewellenenergie (Troposphäre 50%, Stratosphäre
80%) deutet auf eine Quelle der Schwerewellen in der oberen Troposphäre hin.
Als Quellen für Schwerewellen über Lindenberg kommen aufgrund der Ergebnisse
dieser Arbeit Fronten und der "Jetstream" während der Anpassung
ageostrophischer Winde an das geostrophische Gleichgewicht ("Geostrophic
Adjustment") in Frage. Mehrere in dieser Arbeit durchgeführte Fallstudien
zeigten, dass das Auftreten von erhöhten Energiedichten über Lindenberg mit
erhöhten Windgeschwindigkeiten in der Tropopausen-Region zusammenfällt und
eine markante synoptische Situation vorlag. Damit erscheint als Fazit dieser
Arbeit die Anregung von Schwerewellen über Lindenberg durch die Anpassung
eines geostrophischen Ungleichgewichtes zu dominieren.
de
dc.description.abstract
This thesis examines the characteristics of gravity waves. Gravity waves occur
over the small scale portion of the atmospheric wave spectrum. Gravity waves
are associated with oscillations of meteorological parameters such as
temperature, wind velocity, pressure, and density and they arise when air
becomes stratified due to gravity. Gravity waves can propagate to high
altitudes in the atmosphere and exhibit a broad spectrum of possible periods
(minutes until hours) as well as horizontal wavelengths (few hundred
kilometres up to approximately thousand kilometres). Gravity waves may
therefore transport momentum and energy from their origin (e.g. orography in
the troposphere) into other altitudes, e.g. the stratosphere und mesosphere
hence influence the general circulation of the atmosphere. The characteristics
of non-orographic gravity waves, which arise in mid latitudes, are to a large
extent unknown. It prevails so far to ambiguity over it where such non-
stationary gravity waves develop and are as large their portion. Observed
rising of gravity wave activity near frontal zones and "Jetstreams" over the
ocean [Fritts and Nastrom 1992] is a reference on the fact that also different
non-orographic sources possess a not insignificant portion of the gravity wave
activity. Through systematic evaluation of a four years data record of
radiosonde data of a station in the mid latitudes (Lindenberg) a further
contribution could be made here for the production of a global climatology for
gravity wave activity within the SPARC gravity wave initiative: It was shown
that the gravity wave activity in the mid latitudes is clearly smaller (factor
1/2) than in tropical areas and possesses a typical annual variation (maximum
gravity wave activity in the winter and minimum activity in the summer) which
dependent on the background wind, and from which the synoptic situation. The
observed gravity waves propagate on the average against the usually dominant
west winds. The portion of the upward propagation of the gravity wave energy
(Troposphere 50%, Stratosphere 80%) points on a source of the gravity waves in
the upper troposphere. As sources for gravity waves in the mid latitudes
fronts and the "jetstream" during the adjustment of ageostrophic winds to the
geostrophic equilibrium ("geostrophic adjustment") come due to the results in
question. The observed waves have frequencies near the local inertial
frequency, the horizontal wavelengths lie within the range of some hundred
kilometres. Several case studies in this thesis showed that the occurrence of
increased power densities over Lindenberg with increased wind velocities in
the tropopause region collapses and a similar synoptic situation was present,
as in the simulation of inertial gravity waves during the development of a
baroclinic instability by O'Sullivan and Dunkerton [1995]. Thus the suggestion
of gravity waves over Lindenberg appears by the adjustment of a geostrophic
imbalance as dominating developing mechanism to prevail.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
gravity wave activity
dc.subject
non-orographic
dc.subject
geostrophic adjustment
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::550 Geowissenschaften
dc.title
Klimatologie von Schwerewellenaktivität in den mittleren Breiten
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Karin Labitzke
dc.contributor.furtherReferee
Dr. habil. Peter Nevir
dc.date.accepted
2002-04-23
dc.date.embargoEnd
2002-12-12
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2002002849
dc.title.translated
Climatology of Gravity Wave Activity in the mid latitudes
en
refubium.affiliation
Geowissenschaften
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000000842
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2002/284/
refubium.mycore.derivateId
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open access