Trends in der Aktivität planetarer Wellen

Praktikum / Abschlussarbeit
Trends in der Aktivität planetarer Wellen: Fact or Fiction?
Wissenschaftlicher Hintergrund
Planetare Wellen sind faszinierende
Strömungsmuster in der Atmosphäre,
die ihre Existenz der Rotation der Erde
verdanken. Sie umspannen den Planeten und charakterisieren ganz entscheidend die Zirkulation in den mittleren geografischen Breiten: planetare
Wellen steuern maßgeblich die Abfolge von Tief- und Hochdruckgebieten
und nehmen damit Einfluss auf das
Wettergeschehen. Sie beeinflussen
Perioden extremer Hitze und Kälte auf
kontinentalen Skalen und wirken durch
den
großräumigen
meridionalen
Transport von Luftmassen quasi wie
eine globale Klimaanlage für unseren
Planeten. Planetare Wellen koppeln die
verschiedenen Stockwerke der Atmosphäre miteinander. Durch das Brechen
dieser Wellen wird die meridionale
Diffusionsbarriere in niedrigeren und
höheren geografischen Breiten perforiert und Luftmassen aus unterschiedlichen geografischen Breiten werden
irreversibel in die verschiedenen Zirkulationsregime der Atmosphäre eingemischt; Spurenstoffe werden so sehr
effizient global verteilt.
Es wird erwartet, dass die Aktivität
planetarer Wellen im Zuge einer Veränderung der meridionalen Temperaturverteilung auf unserem Planeten
modifiziert wird. Die Frage ist, ob und
ggf. wie eine solche Veränderung
bereits im Gange ist. Die potentiellen
Konsequenzen sind angesichts der
oben angeführten Bedeutung der
planetaren Wellen für die Vorgänge in
der Atmosphäre gravierend.
Deutsches Zentrum
für Luft- und Raumfahrt
German Aerospace Center
Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum
Abteilung Atmosphäre
Für die Beantwortung der oben formulierten Fragestellung bedarf es einer
konsistenten und homogenen Langzeitreihe eines für die Untersuchung
von atmosphärischen Strömungsprozessen geeigneten gemessenen geophysikalischen Parameters (ein sogenannter „konservativer Tracer“, wie
etwa langlebige Spurenstoffe, Temperatur, Wind oder die daraus abgeleitete
Wirbelgröße, die potentielle Vorticity).
Aufgaben
Eine Analyse von möglichen vorhandenen langfristigen Trends erfordert die
möglichst vollständige Filterung langperiodischer Signale wie etwa die 11oder 22-jährigen solaren Zyklen oder
die quasi-biennale Oszillation (QBO),
die jeweils die Aktivität planetarer
Wellen mit beeinflussen. Eingesetzt
werden sollen hierzu moderne Spektralverfahren der Zeitreihenanalyse.
Anforderungen
Die Arbeiten können sowohl im Rahmen von Praktika als auch von Abschlussarbeiten und Forschungssemestern durchgeführt werden.
Erforderlich sind Grundkenntnisse in
der Programmiersprache R (oder vergleichbarer
Programmiersprachen).
Grundkenntnisse in der Geostatistik
sind von Vorteil.
Die Arbeiten werden in Kooperation
zwischen dem Institut für Geographie,
dem Institut für Physik sowie dem
Deutschen Zentrum für Luft- und
Raumfahrt durchgeführt.
Eine große Herausforderung ist dabei
der Umstand, dass die Analyse von
Zeitreihen mit den meisten Spektralverfahren die statistische Stationarität der
Zeitreihe voraussetzt. Diese ist in der
Realität häufig nur unzureichend gegeben, bzw. sie ist in einer Zeitreihe
nur abschnittsweise erfüllt. Dieser
Umstand erfordert in der Konsequenz
eine abschnittsweise Analyse mit konventionellen Methoden oder den Einsatz innovativer Verfahren.
Ziel ist letztlich die Abschätzung des
Einflusses der jeweiligen Prozesse auf
die Aktivität der planetaren Wellen;
eine Schätzung des linearen Trends soll
versucht werden.
Prof. Dr. Michael Bittner
Lisa Küchelbacher
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