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Gravity-Wave-Driven Seasonal Variability of Temperature Differences Between ECMWF IFS and Rayleigh Lidar Measurements in the Lee of the Southern Andes

Gisinger, Sonja und Polichtchouk, Inna und Dörnbrack, Andreas und Reichert, Robert und Kaifler, Bernd und Kaifler, Natalie und Rapp, Markus und Sandu, Irina (2022) Gravity-Wave-Driven Seasonal Variability of Temperature Differences Between ECMWF IFS and Rayleigh Lidar Measurements in the Lee of the Southern Andes. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (127), Seiten 1-19. Wiley. doi: 10.1029/2021JD036270. ISSN 2169-897X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JD036270

Kurzfassung

Long-term high-resolution temperature data of the Compact Rayleigh Autonomous Lidar (CORAL) is used to evaluate temperature and gravity wave (GW) activity in ECMWF Integrated Forecasting System (IFS) over Río Grande (53.79°S, 67.75°W), which is a hot spot of stratospheric GWs in winter. Seasonal and altitudinal variations of the temperature differences between the IFS and lidar are studied for 2018 with a uniform IFS version. Moreover, interannual variations are considered taking into account updated IFS versions. We find monthly mean temperature differences <2 K at 20–40 km altitude. At 45–55 km, the differences are smaller than 4 K during summer. The largest differences are found during winter (4 K in May 2018 and −10 K in August 2018, July 2019 and 2020). The width of the difference distribution (15th/85th percentiles), the root mean square error, and maximum differences between instantaneous individual profiles are also larger during winter (>±10 K) and increase with altitude. We relate this seasonal variability to middle atmosphere GW activity. In the upper stratosphere and lower mesosphere, the observed temperature differences result from both GW amplitude and phase differences. The IFS captures the seasonal cycle of GW potential energy (Ep) well, but underestimates Ep in the middle atmosphere. Experimental IFS simulations without damping by the model sponge for May and August 2018 show an increase in the monthly mean Ep above 45 km from only ≈10% of the Ep derived from the lidar measurements to 26% and 42%, respectively. GWs not resolved in the IFS are likely explaining the remaining underestimation of the Ep.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/187339/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Gravity-Wave-Driven Seasonal Variability of Temperature Differences Between ECMWF IFS and Rayleigh Lidar Measurements in the Lee of the Southern Andes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gisinger, SonjaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-8188-4458NICHT SPEZIFIZIERT
Polichtchouk, InnaECMWF, Reading, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dörnbrack, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-0936-0216NICHT SPEZIFIZIERT
Reichert, RobertDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-9670-9369NICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, BerndDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-5891-242XNICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, NatalieDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-3118-6480NICHT SPEZIFIZIERT
Rapp, MarkusDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-1508-5900NICHT SPEZIFIZIERT
Sandu, IrinaEuropean Centre for Medium-Range Weather Forecasts, Reading, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:26 Juni 2022
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Atmospheres
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1029/2021JD036270
Seitenbereich:Seiten 1-19
Verlag:Wiley
ISSN:2169-897X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Gravity waves, lidar observations, weather model
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Mittlere Atmosphäre
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Verkehrsmeteorologie
Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Hinterlegt von: Gisinger, Sonja
Hinterlegt am:07 Jul 2022 13:20
Letzte Änderung:28 Feb 2023 14:55

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