Reiner, Peggy M.

German

Kölner UniversitätsPublikationsServer

ZusammenfassungIn den Tropen ist die Madden-Julian-Oszillation (MJO) das stärkste bekannteKonvektions- und Zirkulationsphänomen auf der innerjahreszeitlichen Zeitskala.Während die Struktur und die Energetik der MJO gut dokumentiert sind, sind dieUrsachen der Auslösung des Konvektionssignales im Westindink, seiner unstetenOstwärtsverlagerung und die Ursachen seiner interannualen Variabilität bis jetztnoch weitgehend ungeklärt. Um einen Beitrag zur Beantwortung dieser Fragen zuleisten, wurde in der vorliegenden Arbeit anhand einer Kompositstudie die Ent-wicklung verschiedener Feuchte- und Stabilitätsparameter vor, während und nachMJO-Ereignissen untersucht.In den sechs achtmonatigen Zeiträumen von Oktober bis Mai der Jahre 1996 bis2002 konnten mit Hilfe eines zweistufigen, subjektiven Verfahrens 11 MJOs sowiederen Tag der Auslösung (Tag 0) an verschiedenen Radiosondenstationen identifi-ziert werden. Die Ergebnisse der Kompositstudie führen zu folgendem Bild derMJO: Einige Wochen vor dem Einsetzen der hochreichenden Konvektion herrschenin einem Großteil der Troposphäre negative Anomalien der feuchtstatischen Ener-gie (h) vor, die wahrscheinlich auf das Ausregnen während und die herrschendegroßskalige Subsidenz nach dem vorherigen MJO-Ereignis zurückzuführen sind.Zu dieser Zeit konkurrieren zwei Mechanismen: „Entrainment“ von trockener Luftaufgrund der großskalige Subsidenz und Anfeuchtung der Atmosphäre durch Bo-denflüsse. Fünf Tage vor dem Tag 0 scheinen die Bodenflüsse in den unteren Ni-veaus zu dominieren, so dass eine positive h-Anomalie in 1000 hPa zu erkennenist. Vermutlich werden durch zunächst flache Konvektion die höheren Niveausnach und nach angefeuchtet. Einige Tage später ist die Atmosphäre ausreichendlabilisiert worden, so dass hochreichende, mit Regen verbundene Konvektion ein-setzen kann. Die Instabilität nimmt zu und erreicht ihr Maximum einige Tage vordem Tag 0. Die mit der MJO verbundene hochreichende Konvektion verbrauchtdurch Ausregnen die feuchtstatische Energie, so dass die feuchtstatische Stabilitätein Maximum ca. 10 Tage nach dem Tag 0 erreicht.Dieses Bild wurde mittels einer Kompositstudie gewonnen. Die obigen Zeitanga-ben können allerdings für einzelne MJOs um einige Tage abweichen. Außerdemsind die Maximalwerte der Instabilität von MJO zu MJO so unterschiedlich, dasseine Festsetzung eines Schwellenwertes, der eventuell erreicht werden muss,damit ein MJO-Ereignis angefacht werden kann, nicht möglich ist. Die Stationenauf dem Maritimen Kontinent, sowie Stationen, für welche die OLR-Anomaliennur schwach negativ sind, zeigen ebenfalls die mit der MJO verbundenenSchwankungen der Feuchte und Stabilität, allerdings mit geringeren Extremwer-ten.Die Untersuchungen sollten außerdem mit Hilfe der Radiookkultationsdaten(RO-Daten) des CHAMP-Satelliten erfolgen. Nach einer detaillierten Validierungwiesen diese in ihrer ursprünglichen Form aber zu große Fehler auf, um sie in dieUntersuchungen mit einbeziehen zu können. Ein neu aufbereiteter RO-Datensatzzeigte jedoch eine deutliche Verbesserung der Feuchteparameter. Die Untersu-chung eines MJO-Ereignisses ergab, dass diese neuen Daten die mit der MJO ver-bundene Entwicklung der spezifischen Feuchte oberhalb von 3000 m sowohlqualitativ als auch quantitativ sehr gut wiedergeben.Insgesamt sind diese Ergebnisse konsistent mit der „Discharge-Recharge“-Theorievon Bladé und Hartmann (1993), da sie die These stützen, dass das Einsetzen derhochreichenden Konvektion erst stattfinden kann, wenn die Atmosphäre dafür„bereit“ ist, d.h. hinreichend labilisiert wurde. Durch die Passage der MJO wird dieAtmosphäre wieder stabilisiert. Die Periode der MJO scheint durch Schwankun-gen der feuchtstatischen Energie, insbesondere in den unteren Niveaus, beein-flusst zu werden.AbstractThe Madden-Julian Oscillation (MJO) is the strongest known convection and cir-culation phenomenon on the intraseasonal time scale in the Tropics. While thestructure and energetics of the MJO are well documented, the causes for the emer-gence of the convective signal in the West Indian Ocean, its discontinuous east-ward propagation and the reasons for its interannual variability are poorlyunderstood. In order to improve the knowledge concerning these questions, thepresent thesis investigates the development of several moisture and stability pa-rameters before, during and after MJO events by means of a composite study.In the six eight-month periods from October to May of the years 1996 to 2002, 11MJO events, as well as the first day of their occurrence at several radiosonde sta-tions (day 0) have been identified using a two-step subjective method. The resultsof the composite study can be summarised as follows: a few weeks prior to the deepconvection event, negative moist static energy (h) anomalies dominate throughoutmost of the troposphere. This can probably be attributed to the previous MJOevent. During the dry phase of the MJO, two opposing mechanisms are present:Entrainment of upper level dry air by subsidence caused by the subsidence linkedto the previous event and moistening by surface fluxes. Five days prior to day 0,the surface fluxes seem to dominate in the lower levels, leading to positive h anom-alies in 1000 hPa. Shallow moist convection transfers moisture from the lower tothe middle levels. Therefore, some days later the atmosphere is moist enough tosupport precipitating deep convection. The instability increases and reaches itsmaximum a few days prior to day 0. The deep convection of the MJO „consumes“the moist static energy. Approximately 10 days after day 0 the moist static stabilityreaches a maximum.These results are obtained using a composite study. Therefore, the above-men-tioned process chain may differ by a few days for individual MJO events. Further-more, the maximum values of instability show large variations from MJO to MJO.Therefore, it is not possible to determine a threshold value that potentially has tobe reached before a convective MJO event can be triggered. The Maritime Conti-nent stations, as well as stations with only slightly negative OLR anomalies, alsoshow the humidity and stability oscillations associated with the MJO, but withsmaller extreme values.For these investigations, radiooccultation data (RO data) of the CHAMP satellitemay be useful. However, after a detailed validation, the RO data in their originalform exhibited large errors, so they could not be used for the investigations. A new-ly processed RO data set reveals significant improvement of the moisture parame-ters. The study of one MJO event shows that these newly processed data are ableto reproduce the oscillation of the specific humidity, qualitatively, as well as quan-titatively.The results obtained in this work are consistent with the „discharge-recharge“ the-ory of Bladé and Hartmann (1993), indicating that a convective MJO event canonly be initiated when the atmosphere is „ready“ for deep convection, that is, whenit is sufficiently unstable. The atmosphere is stabilised by the passage of the MJO.The periodicity of the MJO may be influenced by the oscillation of the moist staticenergy, in particular at lower levels.

Einfluss der Vertikalverteilung des Wasserdampfes auf den Lebenszyklus intrasaisonaler Konvektionsschwankungen über dem tropischen Indopazifik

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