Gravity Waves in the Lower Atmosphere in Mountainous Regions and the Role of the Tropopause

Abstract

Die Hintergrundbedingungen in der Atmosphäre sind selten konstant und variieren sowohl zeitlich als auch räumlich. Das beeinflusst die Ausbreitung von atmosphärischen Schwerewellen und deren Implus- und Energietransport in der Atmosphäre. Im Bereich der unteren Atmosphäre (Troposphäre, untere Stratosphäre) finden sich ausgeprägte Dichte- und Temperaturänderungen vor allem in der unteren Troposphäre und an der Tropopause. Gebirgswellen breiten sich daher nicht nur, wie von der zweidimensionalen und linearen hydrostatischen Lösung der Bewegungsgleichungen beschrieben, vertikal direkt über dem Gebirge aus. Sie können an der Grenzschichtinversion in der unteren Troposphäre gefangen sein, wobei sie dann als Grenzflächenwellen bezeichnet werden. Anhand von idealisierten Simulationen wird in dieser Arbeit gezeigt, dass Gebirgswellen auch an der Tropopauseninversion gefangen sein können, wenn die Inversionsstärke, welche durch die Änderung der potentiellen Temperatur über die Tropopause hinweg beschrieben wird, ausreichend groß ist. Damit wird die Gültigkeit der linearen Abschätzung zum Auftreten von gefangenen Wellen auch für die Tropopauseninversion bestätigt. Im Falles eines mit der Höhe konstanten Windes, muss die Stärke der Tropopauseninversion aufgrund der stabiler geschichteten Stratosphäre doppelt so groß sein wie für eine Inversion in der unteren Troposphäre. Wenn höhere Windgeschwindigkeiten vorherrschen, muss die Tropopauseninversion sogar noch stärker sein. Die horizontale Wellenlänge der Grenzflächenwellen reduziert sich mit zunehmender Stabilität oberhalb der Inversion. Des Weiteren zeigen die Simulationen, dass reflektierten Wellen stromabwärts des Gebirges in der Troposphäre existieren, obwohl der Scorer Parameter nicht mit der Höhe abnimmt. Ein mit der Höhe abnehmender Scorer Parameter ist die Voraussetzung für den klassischen Fall von gefangenen Wellen in der Troposphäre. Die Amplituden der reflektierten Wellen in der Troposphäre größer, wenn anstatt des normalen Übergangs von troposphärischer zu stratosphärischer Stabilität an der Tropopause eine Tropopauseninversion vorhanden ist. Darüber hinaus vergrößert sich die horizontale Wellenlänge der sich ausbreitenden Wellen, der Grenzflächenwellen und der reflektierten Wellen bei höheren Windgeschwindigkeiten.