Structural changes in long-term trends of the dynamics of the upper atmosphere
Final Report Abstract
Innerhalb des Projekts wurden Trends des Windes und der halbtägigen Gezeiten im Mesopausenbereich einer Referenzhöhe um 90 km analysiert. Zur Ermittlung struktureller Änderungen wurde ein statistisches Modell zur stückweise kontinuierlichen linearen Anpassung erstellt und auf drei Messreihen bei 52° -55° N ange wendet. Daten lagen für zwei Messreihen seit den 1960ers, für die dritte seit den späten 1970ern vor. Das Projekt erfolgte in Kooperation zwischen dem Institut für Meteorologie der Universität Leipzig, dem Institut für Atmosphärenphysik der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik und dem Institut für Experimentelle Meteorologie, Scientific and Producton Association „Typhoon“, Obninsk, Russland. Es zeigt sich, dass die Trends in der Mesopausenregion nicht linear sind. Änderungen des Trends finden sich um 1980, in den 1990ern und gegen Ende des Messzeitraums, wobei letztere wahrscheinlich solaren Ursprungs ist. Vergleiche mit troposphärischen Parametern zeigen einen möglichen Einfluss der NAO, insbesondere was den meridionalen Wind angeht. Diese Kopplung erfolgt jedoch nur auf der interdekadischen Zeitskala, auf kürzeren Zeitskalen ändert sich die Korrelation mit der Zeit. Die Vergleiche legen weiterhin nahe, dass die Änderungen der Zirkulation in den 1990ern mit der dann erfolgenden Änderung der Dynamik der Stratosphäre zusammen hängen. Dies koinzidiert auch mit Änderungen im Ozontrend, vor allem aber mit Änderungen von Proxys stratosphärischen Wellenbrechens. Die Trends der mittleren Zirkulation und deren Änderungen in der Sommermesopause sind qualitativ längenunabhängig. Dies gilt jedoch nicht für die Variationen der Amplitude der halbtägigen Gezeiten, die an unterschiedlichen Stationen ähnlicher Breite gegenläufig sind. Eine Kopplung des Zonalwindes der Sommerhemisphäre mit südhemisphärischer Aktivität planetarer Wellen au der interdekadischen Zeitskala ist möglich, es wurde jedoch kein Zusammenhang zwischen südhemisphärischen Wellen und nordhemisphärischen Gezeiten gefunden. Es wurde untersucht, inwieweit Variationen der Quellen vor Schwerewellen für die Trends vor allem des Zonalwindes im Sommer verantwortlich sein können. Numerische Simulation mit einen Zirkulationsmodell zeigt, dass in diesem Fall die Reaktion der Mesopausendynamik anders als beobachtet sein sollte, so dass mögliche Gründe für Trends die Änderungen der Schwerewellenparameter eher in der Filterung in der Mesosphäre zu suchen sind. Im Winter sind die Trends an verschiedenen Stationen unterschiedlicher Länge z.T. deutlich verschieden. Es gibt deutliche Hinweise auf einen Einfluss stratosphärischer stationärer Wellen auf die zonalen Unterschiede im Mesopausenbereich. Dies ist vor allem auf der interannuellen Zeitskala der Fall.
Publications
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2009. Midlatitude mesopause region winds and waves and comparison with stratospheric variability. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 71, 1540-1546
Jacobi, Ch., P. Hoffmann, R.Q. Liu, P. Križan, J. Laštovička, E.G. Merzlyakov, T.V. Solovjova, and Yu.I. Portnyagin
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2009. Structural changes in trend parameters of the MLT winds based on wind measurements at Obninsk (55°N, 37°E) and Collm (52°N, 15°E). J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 71, 1547- 1557
Merzlyakov, E.G., Ch. Jacobi, Yu.I. Portnyagin, and T.V. Solovjova
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2010. A piecewise linear model for detecting climatic trends and their structural changes with application to mesosphere/lower thermosphere winds over Collm. Germany. J. Geophys. Res., 115, D22105
Liu, R.Q., Ch. Jacobi, P. Hoffmann, G. Stober, and E. G. Merzlyakov
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2010. Gravity wave momentum fluxes in the MLT—Part I: Seasonal variation at Collm (51.3°N, 13 .0°E). J. Atmos. Solar–Terr. Phys.
Placke, M., G. Stober, and Ch. Jacobi
