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Title
The Brewer-Dobson circulation current status and future challenges / Martin Lenz
AuthorLenz, Martin
CensorSteiner, Andrea
Published2014
DescriptionX, 106 Bl. : Zsfassungen (2 Bl.) ; Ill., zahlr. graph. Darst., Kt.
Institutional NoteGraz, Univ., Masterarb., 2014
Annotation
Zsfassungen in dt. und engl. Sprache
LanguageEnglish
Document typeMaster Thesis
Keywords (GND)Atmosphäre / Zirkulation / Atmosphäre / Zirkulation / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-79034 Persistent Identifier (URN)
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The Brewer-Dobson circulation current status and future challenges [18.25 mb]
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Abstract (German)

Die Brewer-Dobson-Zirkulation (BDC) ist eine globale atmosphärische Zirkulation. Tropische troposphärischer Luft steigt in die Stratosphäre auf und wird in mittlere und hohe Breiten transportiert wo sie absinkt. Die BDC steuert den Transport von Luft und Spurengasen und ist wichtig für die Verteilung von Ozon. Diese Arbeit gibt einen Überblick über den historischen und theoretischen Hintergrund der BDC und über den aktuellen Stand des Wissens aus Beobachtungen und Modellen. Das Konzept der BDC versucht zu erklären, warum tropische stratosphärische Luft weniger Ozon beinhaltet als polare Luft obwohl am meisten Ozon in der tropischen Stratosphäre erzeugt wird. Die BDC besteht aus zwei Zirkulationsästen. Der untere Ast bestimmt den Transport von Luftmassen in der tropischen unteren Stratosphäre und der obere Ast wirkt in der oberen Stratosphäre und Mesosphäre. Der Massentransport durch die BDC umfasst zwei Komponenten: Die zonal-gemittelte Residualzirkulation und quasi-horizontale Mischungsprozesse. Beide Anteile werden durch atmosphärische Wellen verschiedener räumlicher und zeitlicher Skalen angetrieben. Im Winter breiten sich planetare, troposphärische Rossbywellen und, in allen Jahreszeiten, Schwerewellen (GWs) nach oben aus, dissipieren, übertragen ihren Impuls und induzieren eine meridionale Zirkulation. Vermehrtes Wellenbrechen in den Extratropen verstärkt diese. Information über die BDC liefern Modelle, Reanalysen und Beobachtungsdaten. Bei einer Klimaänderung aufgrund ansteigender Treibhausgaskonzentrationen zeigen Modellsimulationen eine Beschleunigung der BDC. Die Information aus Beobachtungen ist teilweise inkonsistent wegen unzureichender und ungenauer Messdaten. Änderungen in der Anregung, Ausbreitung und Dissipation von Wellen sind hauptsächlich für die Änderung der BDC verantwortlich wobei spezifische Gründe noch diskutiert werden. Die Auswirkungen auf den Stratosphären-Troposphären Austausch und auf Wetter und Klima sind Gegenstand aktiver Forschung.

Abstract (English)

The Brewer-Dobson circulation (BDC) is a global-scale atmospheric circulation which is characterized by rising tropical tropospheric air into the stratosphere, poleward movement, and descending air in the middle and high latitudes. The BDC controls the transport of air and trace gases in the stratosphere and mesosphere and is of high relevance for ozone distribution. This thesis gives an overview on the historical and theoretical background of the BDC and on the current status of knowledge from observations and models. The concept of the BDC tries to explain why tropical stratospheric air has less ozone than polar air, even though most ozone is produced in the tropical stratosphere. The BDC consists of two branches. A lower branch controls the transport of air in the tropical lower stratosphere and an upper branch is effective in the upper stratosphere and mesosphere. The mass transport by the BDC includes two components: The zonal mean residual circulation and two-way quasi-horizontal mixing. Both processes are driven by atmospheric waves on different spatial and temporal scales. In winter, planetary-scale tropospheric Rossby waves and, in all seasons, gravity waves propagate upward, dissipate, transfer their momentum, and induce a meridional circulation. Increased wave breaking in the extratropics strengthens it.Information on the BDC and its characteristic is mainly derived from atmospheric models, reanalyses, and observations of tracers. In a changing climate due to increasing greenhouse gas concentrations model simulations indicate an acceleration of the BDC. Information from observations is partly inconsistent due to the sparseness and uncertainty of measurements.Changes in the generation, propagation, and dissipation of waves are considered mainly responsible for BDC changes but specific causes for the BDC trends are still under debate.The effect of a changing BDC for stratosphere-troposphere exchange and for weather and climate is a topic of active research.

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