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Diplomarbeit aus dem Jahr 2001 im Fachbereich Geowissenschaften / Geographie - Meteorologie, Aeronomie, Klimatologie, Note: 1,0, Ludwig-Maximilians-Universität München (Physik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die Änderungen in der stratosphärischen Ozonverteilung hoher nördlicher Breiten im Winter im Zusammenhang mit atmosphärischen Telekonnektionen zu untersuchen. Die Untersuchung schließt die erwähnte Nordatlantische Oszillation und Polar-Eurasische Telekonnektion mit ein und eine weitere Telekonnektion der Nordhemisphäre, die Ostatlantische Telekonnektion. Dazu werden statistische Verfahren der Korrelationsanalyse und der Analyse mittels Empirischer Orthogonaler Funktionen (EOF) angewendet, die durch höhenabhängige Untersuchung Einblick in die dynamisch bedingte Ozonvariabilität gewähren.
Aus der Analyse der Ergebnisse können Hypothesen möglicher Mechanismen entwickelt werden, welche die beobachtete Variabilität herbeiführen. Hierfür werden zusätzlich Untersuchungen des PV-Feldes im Zusammenhang mit den Telekonnektionen durchgeführt, welches die Dynamik der Stratosphäre maßgeblich beherrscht und auch mit der polaren Ozonverteilung eng verbunden ist. Eine höhenaufgelöste Untersuchung wird durch Verwendung von Ozondaten aus Satelliten-Okkultationsmessungen und Ozonsondenprofilen einer arktischen Station ermöglicht. Die Satellitenmessungen gewährleisten eine kontinuierliche Überdeckung hoher Breiten und erfassen einen größeren Höhenbereich als Ballonsondierungen.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
Einleitung1
1.Grundgrößen der Stratosphäre4
1.1Thermischer Aufbau der Atmosphäre4
1.2Potentielle Temperatur5
1.3Potentielle Vorticity6
2.Ozon und Dynamik der Stratosphäre8
2.1Messgrößen für Ozon8
2.2Ozonchemie9
2.2.1Chapman-Chemie9
2.2.2Katalytische Zyklen10
2.3Vertikale und globale Ozonverteilung12
2.4Polarwirbel und stratosphärische Zirkulation14
2.5Prozesse im polaren Sommer15
2.6Unterschiede nord- und südhemisphärischer Polarwirbel17
3.Telekonnektion19
3.1Telekonnektionskarten20
3.2Methode der rotierten Empirischen Orthogonalfunktionen20
3.3Verwendete Telekonnektionen21
3.3.1Nordatlantische Oszillation NAO21
3.3.2Polar-Eurasisches Muster POL23
3.3.3Ostatlantisches Muster EA24
4.Verwendete Ozondaten26
4.1Satellitenfernerkundung von Ozonvertikalverteilungen26
4.1.1Okkultations-Beobachtung27
4.1.2Limb-Messung (Horizontsondierung)28
4.2Satelliten-Meßinstrumente29
4.2.1Polar Ozone and Aerosol Measurement (POAM-II und -III)29
4.2.2Improved Limb Atmospheric Spectrometer (ILAS)30
4.2.3Microwave Limb Sounder (MLS)31
4.3Ozonsonden32
5.Analyse des Ozonfeldes mittels Empirischer Orthogonalfunktionen (EOF)33
5.1Führende EOFs33
5.2Zeitliche Entwicklungskoeffizienten (PCs)36
5.3Physikalische Deutung37
6.Korrelationsuntersuchung39
6.1Methode39
6.2Idee und Vorgehen40
6.3Grundlegende Zusammenhänge zur Interpretation der Korrelationsplots41
6.3.1Bedeutung der Lage horizontaler Gradienten41
6.3.2Chemische Lebensdauer von Ozon42
6.3.3Diabatische Lebensdauer der Temperatur43
6.4Datenübersicht45
6.5Korrelationsanalyse: Nordatlantische Oszillation46
6.5.1Beobachtung: Satelliten- und Sondendaten47
6.5.2Interpretation49
6.6Korrelationsanalyse: Polar Eurasische Telekonnektion54
6.6.1Beobachtung instantaner und zeitlich verschobener Zusammenhänge54
6.6.2Interpretation58
6.7Korrelationsanalyse: Ostatlantische Telekonnektion63
6.7.1Beobachtung: Satelliten- und Sondendaten63
6.7.2Interpretation anhand eines Modells65
Zusammenfassung und Ausblick70
Verwendete Symbole und Abkürzungen72
Anhang73
...
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Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die Änderungen in der stratosphärischen Ozonverteilung hoher nördlicher Breiten im Winter im Zusammenhang mit atmosphärischen Telekonnektionen zu untersuchen. Die Untersuchung schließt die erwähnte Nordatlantische Oszillation und Polar-Eurasische Telekonnektion mit ein und eine weitere Telekonnektion der Nordhemisphäre, die Ostatlantische Telekonnektion. Dazu werden statistische Verfahren der Korrelationsanalyse und der Analyse mittels Empirischer Orthogonaler Funktionen (EOF) angewendet, die durch höhenabhängige Untersuchung Einblick in die dynamisch bedingte Ozonvariabilität gewähren.
Aus der Analyse der Ergebnisse können Hypothesen möglicher Mechanismen entwickelt werden, welche die beobachtete Variabilität herbeiführen. Hierfür werden zusätzlich Untersuchungen des PV-Feldes im Zusammenhang mit den Telekonnektionen durchgeführt, welches die Dynamik der Stratosphäre maßgeblich beherrscht und auch mit der polaren Ozonverteilung eng verbunden ist. Eine höhenaufgelöste Untersuchung wird durch Verwendung von Ozondaten aus Satelliten-Okkultationsmessungen und Ozonsondenprofilen einer arktischen Station ermöglicht. Die Satellitenmessungen gewährleisten eine kontinuierliche Überdeckung hoher Breiten und erfassen einen größeren Höhenbereich als Ballonsondierungen.
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2.2Ozonchemie9
2.2.1Chapman-Chemie9
2.2.2Katalytische Zyklen10
2.3Vertikale und globale Ozonverteilung12
2.4Polarwirbel und stratosphärische Zirkulation14
2.5Prozesse im polaren Sommer15
2.6Unterschiede nord- und südhemisphärischer Polarwirbel17
3.Telekonnektion19
3.1Telekonnektionskarten20
3.2Methode der rotierten Empirischen Orthogonalfunktionen20
3.3Verwendete Telekonnektionen21
3.3.1Nordatlantische Oszillation NAO21
3.3.2Polar-Eurasisches Muster POL23
3.3.3Ostatlantisches Muster EA24
4.Verwendete Ozondaten26
4.1Satellitenfernerkundung von Ozonvertikalverteilungen26
4.1.1Okkultations-Beobachtung27
4.1.2Limb-Messung (Horizontsondierung)28
4.2Satelliten-Meßinstrumente29
4.2.1Polar Ozone and Aerosol Measurement (POAM-II und -III)29
4.2.2Improved Limb Atmospheric Spectrometer (ILAS)30
4.2.3Microwave Limb Sounder (MLS)31
4.3Ozonsonden32
5.Analyse des Ozonfeldes mittels Empirischer Orthogonalfunktionen (EOF)33
5.1Führende EOFs33
5.2Zeitliche Entwicklungskoeffizienten (PCs)36
5.3Physikalische Deutung37
6.Korrelationsuntersuchung39
6.1Methode39
6.2Idee und Vorgehen40
6.3Grundlegende Zusammenhänge zur Interpretation der Korrelationsplots41
6.3.1Bedeutung der Lage horizontaler Gradienten41
6.3.2Chemische Lebensdauer von Ozon42
6.3.3Diabatische Lebensdauer der Temperatur43
6.4Datenübersicht45
6.5Korrelationsanalyse: Nordatlantische Oszillation46
6.5.1Beobachtung: Satelliten- und Sondendaten47
6.5.2Interpretation49
6.6Korrelationsanalyse: Polar Eurasische Telekonnektion54
6.6.1Beobachtung instantaner und zeitlich verschobener Zusammenhänge54
6.6.2Interpretation58
6.7Korrelationsanalyse: Ostatlantische Telekonnektion63
6.7.1Beobachtung: Satelliten- und Sondendaten63
6.7.2Interpretation anhand eines Modells65
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