Project

Discipline

meteorology; climatology; extratropical cyclones; trajectories; dry-intrusions; weather extreme; wind gusts; convection

Lead
Trockene Intrusionen: Klimatologie, Dynamik und Link zu extremen WetterereignissenDry intrusions: Climatology, Dynamics and Link to Extreme WeatherTrockene Intrusionen sind Luftströmungen, die rasch von der Tropopausenregion in die untere Troposphäre absinken. Sie können zu bodennahen Starkwinden beitragen, Gewitter auslösen und stratosphärisches Ozon zum Boden transportieren. In diesem Projekt werden wir mit Hilfe von Trajektorien eine erste globale Klimatologie trockener Intrusionen erstellen. Speziell untersuchen wir den Zusammenhang zwischen trockenen Intrusionen, Zyklonen und Extremereignissen (Wind, Niederschlag) am Boden.
Lay summary
Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts Unser übergeordnetes Ziel ist es, ein wichtiges Strömungsphänomen im Klimasystem, die sogenannten trockenen Intrusionen, und ihre Rolle für Extremwetter besser zu verstehen. Mit Hilfe von Trajektorien soll zunächst ein Algorithmus entwickelt werden, der es erlaubt, trockene Intrusionen in globalen Datensätzen objektiv zu identifizieren. Damit wird es möglich sein, eine globale Klimatologie trockener Intrusionen für mehr als 30 Jahre zu erstellen und ihre Verbindung zu anderen Strömungsphänomenen (Tiefdruckgebiete, brechende Rossby-Wellen) zu untersuchen. Mit hochauflösenden Modellsimulationen trockener Intrusionen, die mit Extremwetter (Gewitter, starke Winde) verbunden sind, können dann die wesentlichen involvierten physikalischen Prozesse im Detail analysiert werden. Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Dieses Projekt wird neue und wichtige Resultate zu physikalischen Prozessen hervorbringen, die für die Entstehung von Extremwetterereignissen von Bedeutung sind. Die Ergebnisse werden für die Grundlagenwissenschaft relevant sein und können auch für die operationelle Wettervorhersage wichtige Hinweise liefern.

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Last update: 16.12.2014

Active participation

Dry intrusions (DIs) are distinct air streams, which descend from the vicinity of the tropopause to middle and low tropospheric levels, while travelling equatorward. The DI origin and their interaction with the surrounding environment determine their dynamical and thermodynamical characteristics and impact. DIs are a fundamental component of the atmospheric circulation, and as such, their impact is revealed in a variety of aspects, over a range of scales. Considering atmospheric composition, ozone and other trace gases typical for stratospheric air are transported and mixed down to the atmospheric boundary layer (Danielsen 1968; Stohl 2001) and into tropical latitudes (Waugh and Funatsu 2003). In the context of climate variability, DIs affect the radiative response of the atmosphere to solar forcing, by creating areas with very low atmospheric albedo, and serve to distribute dry air to the subtropical and tropical regions, affecting, in turn, tropical convection (Waugh and Funatsu 2003). In the midlatitudes, DIs interact with low-level baroclinic zones, and serve as a central component of airflow around cyclones (Carlson 1980), directly contributing to severe weather (Browning and Reynolds 1994). It is therefore somewhat surprising, that although being recognized for more than six decades, quantitative understanding of the global occurrence and variability of DIs, as well as the dynamical and thermodynamical processes that determine their behavior and impact has not been systematically investigated. Also, it is not fully clear, what fraction of DIs has a stratospheric origin, compared to a descent from the upper troposphere.In this study, we aim to systematically analyse the dynamics of DIs and quantify their global occurrence and variability. To gain new insight on the dynamical evolution of the DI and their impact on the surrounding environment, we will employ a Lagrangian perspective and construct a novel criterion to identify dry descending trajectories objectively. We will apply the criterion for identifying DIs in the ERA Interim dataset for 1979-2014 and compile a global climatology of their occurrence and temporal evolution. The results of this study will provide a tool for DI identification that can be applied to different datasets, as well as an extensive and detailed present-day climatology. Such a climatology is highly valuable for further investigating DI interaction with other flow features such as, e.g., Rossby wave breaking, cyclones, fronts, warm conveyor belts, jet streams, and extreme weather phenomena. Here, we propose to examine the connection of DIs to Rossby wave breaking, DI interaction with cyclones, and their contribution to extreme precipitation and wind storms both statistically and with a mesoscale model analysis of a few selected case studies.