Äquatoriale Winde wehen bis zur Antarktis | Polarjournal
Mithilfe von LIDAR-Technologie – speziellen Lasern – gewannen die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über atmosphärische Wellen über der Antarktis und wie diese mit Winden am Äquator in Verbindung stehen. Foto: Danny Hampton, Ian Geraghty, Zimu Li/CIRES

Ein Forscher-Team, das von Wissenschaftlern des Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) an der University of Colorado Boulder geleitet wurde, hat eine wichtige Verbindung zwischen den Winden am Äquator und den atmosphärischen Wellen in knapp 10.000 Kilometern Entfernung am Südpol aufgedeckt. Das Team fand zum ersten Mal Beweise für eine Quasi-Biennale-Oszillation (QBO) – ein atmosphärisches Zirkulationsmuster, das seinen Ursprung am Äquator hat – bei der amerikanischen Antarktisstation McMurdo.

Die Entdeckung macht deutlich, wie sich Winde in den Tropen auf den fernen Südpol auswirken, insbesondere auf den Polarwirbel, der in mittleren Breiten Ausbrüche kalter Wettermuster auslösen kann. Die Wissenschaftler werden diese Informationen nutzen können, um die Wetter- und Klimamuster des Planeten besser zu verstehen und genauere Atmosphärenmodelle zu erstellen, sagen die Autoren.

«Wir haben jetzt gesehen, wie sich dieses atmosphärische Muster vom Äquator bis in die hohen Breiten der Antarktis ausbreitet, was zeigt, wie diese weit entfernten Regionen auf eine Weise miteinander in Verbindung gebracht werden können, von der wir vorher nichts wussten», sagt Zimu Li, ein ehemaliger CIRES-Forschungsassistent, der diese Arbeit an der CU Boulder durchgeführt hat, und Hauptautor der Studie, die letzte Woche im Journal of Geophysical Research: Atmospheres veröffentlicht wurde.

«Dadurch können wir besser verstehen, wie die großräumige atmosphärische Zirkulation funktioniert und wie sich Muster in einem Gebiet der Welt über den gesamten Globus ausbreiten können», sagte Xinzhao Chu, CIRES-Fellow, Professor am Ann & H.J. Smead Department of Aerospace Engineering Sciences an der University of Colorado Boulder und Co-Autor der neuen Studie.

Die amerikanische McMurdo-Station in der Antarktis diente den Forschern als Basis während ihrer LIDAR-Messungen der Erdatmosphäre. Foto: CIRES

Etwa alle zwei Jahre bewirkt die Quasi-Biennale-Oszillation, dass die stratosphärischen Winde am Äquator ihre Richtung ändern und zwischen Ost und West wechseln. Lynn Harvey, Forscherin am Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) der University of Colorado Boulder und Co-Autorin der Studie, half dem Team bei der Untersuchung der polaren Wirbel, den massiven Strömungen kalter Luft, die über beiden Polen zirkulieren. Die Studie beschreibt, dass sich der antarktische Wirbel während der östlichen QBO-Phase ausdehnt und während der westlichen Phase zusammenzieht. Das Team vermutet, dass, wenn die QBO das Verhalten des Polarwirbels verändert, dies wiederum das Verhalten der atmosphärischen Wellen, der sogenannten Schwerewellen, beeinflusst, die sich über verschiedene Schichten der Atmosphäre ausbreiten. Sie identifizierten spezifische Arten von Veränderungen in diesen Schwerewellen: Die Wellen sind während der östlichen Periode der QBO stärker und schwächer, wenn die QBO westlich verläuft. 

In den letzten neun Jahren haben Mitglieder von Chu’s Lidar-Team lange Saisons an der McMurdo-Station in der Antarktis verbracht und 24-stündiger Dunkelheit und eisigen Temperaturen getrotzt, um spezielle Laser zu betreiben und Muster in der Erdatmosphäre zu messen. Diese Langzeitmessungen waren zusammen mit den atmosphärischen Aufzeichnungen der NASA MERRA-2 über 21 Jahre entscheidend für die neuen Erkenntnisse. Jeder QBO-Zyklus dauert Jahre, so dass Langzeitdatenströme die einzige Möglichkeit sind, zwischenjährliche Verbindungen und Muster zu identifizieren.

«Atmosphärenwissenschaftler können diese Informationen zur Verbesserung ihrer Modelle nutzen – vorher wusste niemand so recht, wie sich die QBO auf die Schwerewellen in dieser Polarregion auswirkt», sagte Xian Lu, Forscher an der Clemson University und Co-Autor der Studie. «Forscher können diese Informationen nutzen, um das Klima besser zu modellieren und vorherzusagen, einschließlich der Variabilität von Atmosphäre und Weltraum und langfristiger Veränderungen.»

Quelle: CIRES – Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences an der University of Colorado Boulder

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