BERÜCKSICHTIGUNG DER LUFTFEUCHTE BEI DER BESTIMMUNG DER STABILITÄTSABHÄNGI6E N BULK-KOEFFIZIE NTE N

Besonders in den Tropen bewtrkt der vertikale Feuchtigkeitsgradient in der wassernahen Grenzschicht über dem Ozean einen zusätzlichen Auftrieb bzw. höhere Instabilität der Dichteschichtung. Bei der Auswertung von Meßergebnissen zur Bestimmung der Bulk-Koeffizienten Cg und C^ werden Stabilitätsfunktionen in Abhängigkeit von z.B. der Richardson-Zahl Ri oder der Monin-Obukhov-Länge L verwendet. In der Regel wird bei der Be­

rechnung von Ri oder L der Einfluß der Luftfeuchtigkeit auf die Dichte­

schichtung durch die Einbeziehung des Virtuellzuschlages bei der Tempe­

ratur berücksichtigt. Bei der klimatologisehen Anwendung der Bulk- Koeff izienten wird deren Stabilitätsabhängigkeit jedoch meist - so auch bei BUNKER (1976) - lediglich als Funktion des vertikalen Temperaturgra­

dienten bestimmt.

Für die vorliegende Untersuchung werden aus den Mittelwerten von und qw [jeweils in g/kg] aus dem BUNKER-Datensatz die Virtuelltemperaturen T|v und Twv [jeweils in K] für den Nordatlantik berechnet:

(6*7) = +

)

~~^wv * ^ 0 . 6 0 8 - ^ v v )

Für die Bestimmung der Stabilitätsabhängigkeit der Bulk-Koeffizienten wird nun (Tjv - Twv) benutzt. Bei Berücksichtigung der Luftfeuchte wer­

den die Beträge der vertikalen Temperaturgradienten um <fTv vergrößert, Beträge von erreichen im Jahresmittel Maxima von 1.2°C im Golfstrom bei 32°N und sind besonders im Golf von Mexiko und im tropischen Nordat­

lantik größer als 0.8°C (Abb.6.4). Nördlich von 50°N ist f T v allge­

mein kleiner als 0.3°C. Zonal integrierte Werte von & Tv sind am größ­

ten im Winter zwischen 20°N und 30°N (Abb.6.5). Die Auswirkungen der Be­

rücksichtigung von S Tv auf LE und H im Nordatlantik werden zusammen mit den Ergebnissen der vorher beschriebenen Experimente im folgenden Ab­

schnitt dargestellt.

Abb.6.4 : Der Zuwachs I6TV |[°C] des Betrages von dT = T] - Tw bei Be­

rücksichtigung der Luftfeuchte im Jahresmittel im Nordatlantik.

, JAK, FEB,MAR,APB,MAY,JUW, JU L ,AÜGlSEP,OCT,WOV,DEC,JAW,Fa,M*R.

LATITUDE

Abb.6.5 ; Zonal integrierte Werte von |£Tvj [°C] als Funktion der geogra phisehenBreite und des Monats im Nordatlantik.

6.8. AUSWIRKUNGEN SYSTEMATISCHER FEHLER AUF MONATSMITTELWERTE DES LATENTEN WÄRMEFLUSSES IM NORDATLANTIK

Die in den Abschnitten 6.4. bis 6.7. beschriebenen möglichen systema­

tischen Fehler in den Mittelwerten von LE und H werden in diesem Ab­

schnitt zusammenfassend anhand von Monatsmittelwerten von LE für den ganzen Nordatlantik sowie für die Passatzone (16°N bis 20°N) und die Westwinddrift (51°N bis 55°N) beschrieben (Abb.6.6a,b,c). Im Folgenden werden zu jeder Rechnung getrennt einige Anmerkungen gemacht, die Numme­

rierung diser Rechnungen ist dabei identisch mit der Nummerierung der Kurven in den Abbildungen 6.6a,b,c.

RECHNUNG 1: Reduktion der Bulk-Koeffizienten.

LE ist direkt proportional zu Cf, die Differenzen verhalten sich daher entsprechend dem Jahresgang der Mittelwerte. Die Reduktion der Beträge von LE variiert zwischen etwa 4 W/m2 im Sommer in der Westwinddrift bis Jahresgang. Die Erhöhung in einzelnen Monaten im Nordatlantik schwankt zwischen 22 W/m2 und 28 W/m2.

RECHNUNG 3: Anwendung der KAUFELD-Skala und Reduktion der Koeffizienten.

Bei der Kombination der beiden in Rechnung 1 und Rechnung 2 getrennt simulierten Effekte kompensieren sich diese in jahreszeitlich und regional unterschiedlicher Weise. Die Erhöhung der Beträge von LE ist in den Passaten (generell im tropischen Bereich) an größten und zeigt nur einen geringen Jahresgang. Dieser nimmt zu, je weiter man nach Norden kommt, gleichzeitig wird die Reduktion der Koeffizienten dominant. Im

Nordatlantik

Abb. 6.6a : Vergleich von Er- gebnissen von 6 Testrechnungen für Monatsmittelwerte des laten­

ten Wärmeflusses LEn im gesam­

ten Nordatlantik mit Ergebnis­

sen von BUNKER LEj. Dargestellt sind Differenzen LEn-LEi =^LE [W/m?]. Erläuterungen zu den Testrechnungen im Text.

Mittel des gesamten Nordatlantik resultiert ein im Jahresgang variabler Zuwachs der Beträge von LE (2 W/fo2 im Januar, 10 W/m2 im August) mit einem Jahresmittelwert von 7 W/m?.

RECHNUNG 4: Wie Rechnung 3, aber mit Berücksichtigung von &TV bei der Stabilitätsabhängigkeit von Cg.

Die Auswirkungen dieses Effekts nehmen erwartungsgemäß von Norden nach Süden hinzu. Die Berücksichtigung von £TV ist in der Passatzone domi­

nant und erhöht dort die Beträge der Monatsmittelwerte von LE um bis zu 10 M/m?. Der Effekt von £Ty ist in der Westwinddrift vernachlässigbar.

Gegenüber den Ergebnissen von BUNKER beträgt die Erhöhung der Beträge der Monatsmittelwerte von LE im Nordatlantik zwischen 6 W/m2 und 16 W/m?

Abb.6.6b : Wie Abb.6.6a, jedoch für die Passatregion (16°N bis 20°N).

(im Jahresmittel fast 12 W/m2 ), in der Passatzone zwischen 14 W/m2 und 24 W/ro2. in der Westwinddrift resultieren bis auf die Sommermonate ge­

ringere Beträge für LE als bei BUNKER, die Differenzen weisen hier ei­

nen stärkeren Jahresgang zwischen -10 W/m2 im Januar und 2 W/m2 im Juli auf. Gegenüber den BUNKER-Ergebnissen nimmt die Variation des Jahresgan­

ges von LE im Passat geringfügig zu. In der Westwinddrift nimmt sie je­

doch kräftiger ab (von etwa 90 W/to2 auf 78 W/m2 ), daher resultiert bei den Mittelwerten des Nordatlantiks eine schwache Abnahme der Variation des Jahresganges (Abb.6.7).

Westwinddrift 51 °N -55°N

Abb.6.6c : Wie Abb.6.6a, jedoch für die Westwinddrift (51°N bis 55°N).

RECHNUNG 5: Wie Rechnung 3, aber mit Berücksichtigung des Tanperatur- messfehlers ßT =-ü.2°C.

Für dieses Experiment wird - ausgehend von den Bedingungen wie in Rech­

nung 3 - ein konstanter systematischer Fehler von ST =-0.2°C in T]-Tw und Td-Tw ) angenommen. Im Passat ist die Auswirkung dieses Effektes auf LE vergleichbar mit der Berücksichtigung des virtuellen Zuschlages 6Ty.

Für den gesamten Nordatlantik erhöhen sich die Beträge der Monatsmit­

telwerte um 6 W/m2 bis 8 W/m2.

RECHNUNG 6: Wie Rechnung 4, aber mit Berücksichtigung des Temperatur- messfehlers S T *-ü.2®C.

Oer hier und in Rechnung 5 angenommene konstante Temperaturmessfehler

.JAN,FEB,MW,APR,M»YfJUN|JUL,AUfiSEP,OCT|WW1DeC|JAN|FEB,MAR|

LATITUDE

Abb. 6.7 : Der Jahresgang zonaler Mittelwerte als Funktion der geogra­

phischen Breite. Dargestellt ist die Differenz LE(BUNKER) - LE(met.0pt.) [W/m2]. Hier werden die Beträge subtrahiert, positives Vorzeichen bedeu­

tet geringeren Energieverlust durch LE bei der in Rechnung 4 verwendeten Parametrisierung.

von 8T =-0.2°C soll nicht bedeuten, daß von einem systematischen Fehler dieser Größe im Nordatlantik ausgegangen wird. Bei Berücksichtigung der in Kapitel 3 genannten Literatur erscheint aber ein Effekt, der einem mittleren 6T dieser Größe entspricht möglich. Das Ergebnis dieses Ex­

perimentes zeigt die nach meteorologischen Überlegungen mögliche syste­

matische Erhöhung der Beträge von LE im Nordatlantik gegenüber den BUN- KER-Ergebnissen, sie beträgt im Jahresmittel 19 W/m2.