Der Southern Annular Mode (SAM) mit einem charakteristischen dipolaren zonalen Windmuster, das um die Achse der Sturmbahn zentriert ist, ist der dominanteste Variabilitätsmodus, der Wetter und Wind von den Subtropen bis zu den Polen orchestriert. Sein Ursprung, seine Aufrechterhaltung und seine Rückkopplung sind eines der zentralen Themen der atmosphärischen Dynamik. Doch welche Rolle die Wolken im Lebenszyklus des Annular Mode spielen, ist bislang weitgehend unbekannt, während man schon seit langem beobachtet, dass das mit dem SAM verbundene Windmuster die Verteilung der Wolken in der Sturmbahn organisiert.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Journal of Geophysical Research: Atmosphären.
Diese Studie implementierte eine Wolkensperrtechnik in die atmosphärische Komponente des Energy Exascale Earth System Model (E3SM) des Energieministeriums (DOE), wobei die Wolkenfelder ersetzt wurden, die bei jedem Zeitschritt, bei dem das Strahlungsmodul aufgerufen wird, strahlungsaktiv sind, wodurch die Wechselwirkung zwischen Wolken und anderen dynamischen und thermodynamischen Größen ausgeschaltet wurde. Eine sorgfältige Rückkopplungsanalyse zeigt, dass die vom SAM strahlungsaktiv organisierte Wolkenvariabilität als Bremse für die Ausbreitung des AM wirkt.
Wolken und ihre Strahlungswirkung gehören zu den entscheidenden Prozessen für die Energiebilanz des globalen Klimas; sie sind auch die schwierigsten Prozesse für die Simulation von Klimamodellen und daher eine Hauptquelle für Modellverzerrungen und Modellunsicherheit. Der festgestellte Bremseffekt der Wolken auf die Ausbreitung des SAM impliziert, dass eine ungenaue Darstellung der Wolken eine wichtige Quelle für Modellverzerrungen und Unsicherheit in den simulierten räumlich-zeitlichen Eigenschaften des AM ist. Die Erfassung des richtigen Vorzeichens der Wolkenrückkopplung zum AM kann ein wertvolles Maß für die Messung der Modelltreue sein.
Der SAM ist der vorherrschende natürliche Variabilitätsmodus in den mittleren Breiten der südlichen Hemisphäre (SH). Allerdings sind Vorzeichen und Ausmaß der Rückkopplung von diabatischen Prozessen, insbesondere der mit Wolken verbundenen, auf den SAM noch immer unklar. Durch Anwendung der Wolkenverriegelungstechnik auf das E3SM-Atmosphärenmodell wurde in dieser Studie der interaktive Wolkenstrahlungseffekt (CRE) isoliert und die damit verbundene Rückkopplung auf den SAM sowohl im Rahmen einer einzelnen empirischen orthogonalen Funktion (EOF) als auch im Rahmen von Kreuz-EOF analysiert.
Während das Ausmaß der CRE-Rückkopplung im Vergleich zur Rückkopplung durch die Trocken- und anderen diabatischen Prozesse zweitrangig zu sein scheint, scheinen die indirekten CRE-Effekte durch die Wechselwirkung mit anderen dynamischen und thermodynamischen Prozessen im Lebenszyklus des SAM eine ebenso wichtige Rolle zu spielen wie die direkte CRE.
Die Cross-EOF-Analyse zeigt außerdem die behindernde Rolle des interaktiven CRE im Ausbreitungsmodus des SH-Zonenwindes sowohl direkt durch die CRE-Wellenquelle als auch indirekt durch die Modulation anderer diabatischer Prozesse. Infolgedessen wird der Ausbreitungsmodus persistenter und der von ihm dargestellte SAM wird vorhersehbarer, wenn das interaktive CRE deaktiviert wird.
Weitere Informationen:
Jian Lu et al., Die Rolle der Strahlungseffekte von Wolken im sich ausbreitenden südlichen Ringmodus, Journal of Geophysical Research: Atmosphären (2024). DOI: 10.1029/2023JD040428