Die Tücken des „ray tracings“ für Rossbywellen in den mittleren Breiten

Die Ausbreitung von Rossbywellen längs des Jetstreams in den mittleren Breiten ist ein bekanntes Thema der dynamischen Meteorologie. Es wurde zuletzt speziell im Zusammenhang mit dem Phänomen der „Quasi-Resonanz“ diskutiert, bei dem der Jetstream ein guter Wellenleiter sein muss, damit die Rossbywellen in zonaler Richtung ganz um den Globus geführt werden; dieses Phänomen hätte weitreichende Konsequenzen für das Auftreten von Extremwetter und die zu erwartenden Änderungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel.  

Der vorliegende Beitrag untersucht die Technik des „ray tracings“ zur Diagnose der Ausbreitung von Rossbywellen. Unter der Annahme, dass sowohl die Wellenlänge klein ist (die sogenannte WBK-Näherung), als auch die Wellenamplitude (Linearisierung), liefert die Theorie des ray tracings das meridionale Profil der stationären Wellenzahl als Schlüsseldiagnostik: ein relatives Maximum bei einer bestimmten geografischen Breite wird dann als zonaler Wellenleiter interpretiert. Im vorliegenden Beitrag zeigt der Autor, dass diese Interpretation in manchen Situationen problematisch ist und zu Fehlinterpretationen führen kann. Der Grund liegt darin, dass in der Praxis die beiden Grundannahmen verletzt sind. Zum Beispiel ist die Annahme der WKB-Näherung oft nicht erfüllt, und dies hat zur Konsequenz, dass ein relatives Maximum der stationären Wellenzahl das tatsächliche Verhalten der Rossbywellenausbreitung nur unzureichend widerspiegelt. Zudem sind in der Praxis die Wellenamplituden manchmal so groß, dass die Annahme von linearer Wellendynamik problematisch ist. Dies ruft Artefakte hervor, die in relevanten Situationen fälschlicherweise einen Wellenleiter vortäuschen, der aller Wahrscheinlichkeit nach gar nicht existiert.

In dem Vortrag werden diese beiden Aspekte mit Hilfe von barotropen Modellsimulationen erläutert, und es wird zumindest betreffs des Amplituden-Problems eine Alternative angeboten.