AMMA: Modellierung von Wettersystemen des Westafrikanischen Monsuns und ihre Wechselwirkung mit der „Saharan Air Layer“

  • Ansprechperson: Prof. Dr. S. Jones, N. Lichtenberger, J. Sander
  • Projektgruppe: Wettersysteme: Modellierung und Gefährdungsanalyse

Als Beitrag zu AMMA-EU wurden die Dynamik von „African Easterly Waves“,  die darin eingebetteten konvektiven Systeme und ihre Umwandlung zu tropischen Wirbelstürmen untersucht. Dazu wurden mit Hilfe des Lokal-Modells (LM) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) numerische  Studien durchgeführt. Gegenwärtig wird anhand einer Reihe von Simulationen des Jahres 2004 und der AMMA Trockenübung des Jahres 2005 das Verhalten des LM über Afrika und dem östlichen Atlantik bewertet. Der speziellen Beobachtungsperiode (SOP) folgend, werden ausgewählte Fälle modelliert und die Wechselwirkung mit der „Saharan Air Layer“ mit Hilfe des gekoppelten Dynamik-Aerosol Modells LM-ART untersucht.

Beschreibung


Abbildung 1: Die gelb-roten Bereiche entsprechen den trocken Luftmassen der SAL. Diese Momentaufnahme des 03. Septembers 2004 zeigt einen Ausbruch der SAL nordöstlich des bereits strukturierten Hurrikan Ivan (freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Jason Dunion).
(http://cimss.ssec.wisc.edu/tropic/real-time/wavetrak/sal.html)

Die Mehrzahl der Hurrikane im Atlantik entstehen aus einer „African Easterly Wave“ (AEW), die sich aufgrund  einer barotrop / baroklinen Instabilität des „African Easterly Jet“ (AEJ) entwickeln. Die Umwandlung einer AEW in einen tropischen Wirbelsturm hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Dazu gehören unter anderem eine geringe vertikale Windscherung des Horizontalwindes und eine hohe relative Feuchte in der mittleren Troposphäre. Neue Erkenntnisse weisen darauf hin, dass die im Einzugsbereich eines tropischen Wirbelsturms liegende warme, trockene und staubige „Saharan Air Layer“ (SAL – Abb. 1) dessen Intensivierung hemmen, wenngleich die mit der SAL verbundene hohe relative Vorticity förderlich für das Anfangsstadium der Zyklogenese sein könnte.
Unter Benutzung des LM wurden Fälle modelliert, in denen sich AEWs zu tropischen Wirbelstürmen weiterentwickelten und mit der SAL wechselwirkten. Zudem wurde das Verfahren zur objektiven Untersuchung der Jet- und Trogachsen von Berry et al. durchgeführt, um die Ergebnisse besser analysieren zu können (http://www.atmos.albany.edu/student/gareth/). Beispielsweise sieht man in Abb. 2 die Jetachse, welche sich von Afrika bis über den Atlantik erstreckt. Zudem sind mehrere AEWs und die Entwicklung von Hurrikan Ivan am südlichen Ende der AEW bei 30°W zu beobachten.
Es wurde eine Serie von 72-Stunden-Vorhersagen mit Initialisierungszeitpunkt 00 und 12 UTC vom 12. August bis zum 06. September 2004 erstellt. Während dieses Zeitraums gab es zahlreiche AEWs; aus dreien entwickelten sich die Hurrikane Danielle, Frances und Ivan (Abb. 3). Die horizontale Auflösung betrug 0,25° mit 35 Höhenschichten. Das Modellgebiet ist in Abbildung 2 zu sehen. Anfangs- und Randbedingungen konnten aus den GME-Daten des DWDs entnommen werden. Während der gesamten Periode war die Vorhersage sowohl von Lage als auch Stärke des Jets im Allgemeinen gut. Im Gegensatz dazu war die Qualität der Vorhersage der Trogachsen unterschiedlich, wobei der Grund dafür noch näher untersucht werden muss. Die Vorhersagen bezüglich der Wechselwirkung von tropischen Wirbelstürmen und der SAL reagieren sensitiv auf die Vorhersage des LMs von Stärke und Position des sich entwickelnden tropischen Wirbelsturms. Anhand der verwendeten horizontalen Auflösung kann man nicht davon ausgehen, dass die tropische Zyklogenese gut wiedergegeben wird. In zukünftigen Arbeiten wird um das sich entwickelnde System ein Gebiet mit höherer Auflösung genestet.

 

 

Abbildung 2: Vorhersagen des LMs für die potentielle Vorticity auf der 315 K Isentropen (links) sowie der relativen Feuchte und des Meridionalwindes (rechts) während der Intensivierung einer AEW zu Hurrikan Ivan (30°W, 10°N). Im linken Bild geben die durchgezogenen Linien die Trogachsen und die gestrichelte Linie den AEJ wieder.

 


Abbildung 3: Hovmöllerplot der relativen Vorticity gemittelt zwischen 6 – 16°N für den Zeitraum der Fallstudie. Die drei deutlich abgesetzten Bänder gehören zu den im Text genannten Hurrikanen.