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Lexikon der Geowissenschaften: stratosphärische Zirkulation

stratosphärische Zirkulation, die Temperaturverteilung in der Stratosphäre entspricht nicht dem Strahlungsgleichgewicht. Sowohl über dem Sommerpol wie auch über dem Winterpol treten als Folge einer geordneten Meridionalzirkulation (Hadley-Zirkulation) erhebliche Abweichungen in der stratosphärischen Zirkulation auf. Über dem sonnenbeschienenen Sommerpol führt die Nettoerwärmung zu einer großräumigen Aufwärtsströmung der Luft (die adiabatische Abkühlung der aufsteigenden Luft führt zu extrem niedrigen Temperaturen im Bereich der Mesopause). Die Nettoabstrahlung über dem dunklen Winterpol bewirkt andererseits Absinkprozesse im Bereich der Polarwirbel und dementsprechend eine adiabatische Erwärmung der Luft. Zwischen beiden Regimen stellt sich in der mittleren Atmosphäre eine meridionale Ausgleichsströmung ein, die mit der Jahreszeit wechselt. Aus Gründen der Erhaltung des Drehimpulses kann die meridionale Komponente der stratosphärischen Zirkulation jedoch nicht so stark ausgeprägt sein, daß durch sie allein der erforderliche Massenausgleich zwischen beiden Regimen erreicht wird. Der horizontale Austausch erfolgt vielmehr hauptsächlich durch die Dissipation der planetaren Wellen (Rossbywellen), die sich von der Troposphäre in die Stratosphäre ausbreiten. Die Intensität beider dynamischer Prozesse schwankt mit der Jahreszeit erheblich. Insbesondere während des Winterhalbjahres kann der irreversible turbulente Massenaustausch durch planetare Wellen im Verlauf von Stratosphärenerwärmungen sehr intensiv sein. Im Bereich der unteren Stratosphäre ist die stratosphärische Zirkulation nicht geschlossen. In den Tropen wird die troposphärische Luft vorwiegend und zu allen Jahreszeiten relativ gleichmäßig in die Stratosphäre transportiert. Der horizontale Austausch mit den Polargebieten ist in der unteren Stratosphäre durch die Starkwindgebiete des subtropischen bzw. polaren Strahlstroms, die als Transportbarrieren wirken, jedoch stark eingeschränkt. Der Ausgleich erfolgt über mittleren und hohen Breiten im Bereich der sog. Tropopausenbrüche durch sporadische Austauschprozesse (cut-off). Wichtige Prozesse der stratosphärischen Zirkulation sind deshalb sehr stark an die troposphärische Zirkulation gekoppelt. Die Grundzüge der stratosphärischen Zirkulation wurden bereits in den 1930er Jahren von Brewer und G.M.B. Dobson zur Erklärung des geringen Wasserdampfgehaltes in der unteren Stratosphäre bzw. der meridionalen Ozonverteilung entwickelt. Die geordnete meridionale Zirkulation in der Stratosphäre wird deshalb auch als Brewer-Dobson-Zirkulation bezeichnet. [USch]

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