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Rossby-Wellen, auch Planetenwellen genannt, sind eine Art Trägheitswelle, die natürlicherweise in rotierenden Flüssigkeiten vorkommt. Sie wurden zuerst von Carl-Gustaf Arvid Rossby identifiziert. Sie werden in den Atmosphären und Ozeanen von Planeten aufgrund der Rotation des Planeten beobachtet. Dieser Artikel konzentriert sich auf atmosphärische Rossby-Wellen auf der Erde, riesige Mäander in Höhenwinden, die einen großen Einfluss auf das Wetter haben. Diese Wellen sind mit Drucksystemen und dem Jetstream verbunden.

Rossby Wellen in der nördlichen Hemisphäre. Quelle: Wikicommons

Atmosphärische Rossby-Wellen

Atmosphärische Rossby-Wellen resultieren aus der Erhaltung der potentiellen Vortizität und werden durch den Coriolis-Effekt und den Druckgradienten beeinflusst. Die Rotation bewirkt, dass sich Flüssigkeiten auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links drehen. Zum Beispiel wird eine Flüssigkeit, die sich vom Äquator zum Nordpol bewegt, nach Osten abweichen; eine Flüssigkeit, die sich von Norden in Richtung Äquator bewegt, weicht nach Westen ab. Diese Abweichungen werden durch die Corioliskraft und die Erhaltung der potentiellen Vortizität verursacht, was zu Änderungen der relativen Vortizität führt. Dies ist analog zur Erhaltung des Drehimpulses in der Mechanik. In Planetenatmosphären, einschließlich der Erde, sind Rossby-Wellen auf die Variation des Coriolis-Effekts mit dem Breitengrad zurückzuführen.

Man kann eine terrestrische Rossby-Welle identifizieren, da ihre Phasengeschwindigkeit, gekennzeichnet durch ihren Wellenkamm, immer eine westliche Komponente hat. Der gesammelte Satz von Rossby-Wellen scheint sich jedoch in beide Richtungen mit der sogenannten Gruppengeschwindigkeit zu bewegen. Im Allgemeinen haben kürzere Wellen eine Gruppengeschwindigkeit nach Osten und lange Wellen eine Gruppengeschwindigkeit nach Westen.

Die Begriffe „barotrop“ und „baroklin“ werden verwendet, um die vertikale Struktur von Rossby-Wellen zu unterscheiden. Barotrope Rossby-Wellen variieren nicht in der Vertikalen und haben die schnellsten Ausbreitungsgeschwindigkeiten. Die baroklinen Wellenmoden hingegen variieren in der Vertikalen. Sie sind auch langsamer, mit Geschwindigkeiten von nur wenigen Zentimetern pro Sekunde oder weniger.

Die meisten Untersuchungen von Rossby-Wellen wurden an solchen in der Erdatmosphäre durchgeführt. Rossby-Wellen in der Erdatmosphäre sind leicht als (normalerweise 4-6) großflächige Mäander des Jetstreams zu beobachten. Wenn diese Abweichungen sehr ausgeprägt werden, lösen sich kalte oder warme Luftmassen ab und werden zu Zyklonen bzw. Die Wirkung von Rossby-Wellen erklärt teilweise, warum östliche Kontinentalränder in der nördlichen Hemisphäre, wie der Nordosten der Vereinigten Staaten und Ostkanada, in denselben Breiten kälter sind als Westeuropa.

Polwärts ausbreitende atmosphärische Wellen

Die tiefe Konvektion (Wärmeübertragung) in die Troposphäre wird über sehr warme Meeresoberflächen in den Tropen verstärkt, beispielsweise während El Niño-Ereignissen. Dieser tropische Antrieb erzeugt atmosphärische Rossby-Wellen, die polwärts und ostwärts wandern.

Polwärts ausbreitende Rossby-Wellen erklären viele der beobachteten statistischen Zusammenhänge zwischen niedrigen und hohen Breitengraden. Ein solches Phänomen ist die plötzliche Erwärmung der Stratosphäre. Polwärts ausbreitende Rossby-Wellen sind ein wichtiger und eindeutiger Teil der Variabilität in der nördlichen Hemisphäre, wie sie im pazifischen Nordamerika-Muster ausgedrückt wird. Ähnliche Mechanismen gelten für die südliche Hemisphäre und erklären teilweise die starke Variabilität in der Amundsenmeerregion der Antarktis. Im Jahr 2011 verband eine Nature Geoscience-Studie mit allgemeinen Zirkulationsmodellen pazifische Rossby-Wellen, die durch steigende Temperaturen im zentralen tropischen Pazifik erzeugt wurden, mit der Erwärmung der Amundsenmeerregion, was zu einer kontinentalen Erwärmung des Ellsworth-Landes und des Marie-Byrd-Landes in der Westantarktis im Winter und Frühjahr führte.

  • Sudden Stratospheric Warming (SSW)
  • Jetstream

Weiterführende Literatur

  • Rossby waves and extreme weather – YouTube-Video des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, veröffentlicht im April 2016.
  • Teleconnections between the tropical Pacific and the Amundsen-Bellinghausens Sea: Role of the El Niño/Southern Oscillation; Tom Lachlan-Cope und William Connoley; Zeitschrift für geophysikalische Forschung (AGU), 2. Dezember 2006.
  • Was ist eine Rossby-Welle?, Nationaler Ozeandienst, NOAA-Website.

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