title: Variabilität des atmosphärischen Energiehaushalts der Tropen, berechnet für die Periode 1939-66 aus Reanalysedaten
Creators: name: Landgraf, Martin
Publisher: name: :none
Year: 2016

description: Diese Arbeit untersucht die zwischenjährliche Variabilität des atmosphärischen Energiehaushalts der Tropen in Zusammenhang mit ENSO für die Periode 1939-66. Die neuen Reanalysedatensätze ERA-PreSAT (zusätzlich assimilierte Höhenbeobachtungen) und ERA-20C des ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) wurden herangezogen. Die Berechnung der vertikal integrierten horizontalen Energieflussdivergenzen für die gesamte atmosphärische Energie (TEDIV) und latente Energie (LEDIV) erfolgte nach der direkten Methode und unter Berücksichtigung der Massenkorrektur. Die zeitlich-zonal aufgelöste Variabilität (Hovmöller Diagramme) der ERA-PreSAT Haushaltsgrößen weist neben den ENSO bezogenen Strukturen auch markante Inhomogenitäten auf, welche jedoch nicht in ERA-20C auftreten. Ein Zusammenhang mit den assimilierten Höhenbeobachtungen liegt nahe. Zudem zeigt ERA-PreSAT TEDIV EOF-1 statt einem ENSO Signal eher inhomogene Strukturen, samt unrealistischem meridionalen Gradienten. Anhand eines optimierten equal sampling SNHT wurden die zonal aufgelösten Differenzzeitreihen von ERA-PreSAT und ERA-20C (TEDIV und LEDIV Anomalien) auf Bruchpunkte (Inhomogenitäten) getestet. Auf Basis von 5 markanten Brüchen konnten die ERA-PreSAT TEDIV und LEDIV Zeitserien aller Gitterpunkte zwischen 30°S und 30°N homogenisiert werden. Nach der Homogenisierung ist das ENSO Signal wie ursprünglich erwartet in ERA-PreSAT TEDIV EOF-1 vorhanden ohne unrealistischem meridionalen Gradienten. In den Hovmöller Diagrammen treten konsistente Dipol- bzw. Quadrupol-artige Muster der homogenisierten Haushaltsanomalien besonders während der starken El Niño Ereignisse 1939-42, 1957/58 und 1965/66 sowie mit umgekehrten Vorzeichen für La Niña 1942/43 und 1955/56 deutlich in Erscheinung. Die Sonderstellung des starken El Niño Ereignisses 1939-42 wird durch Abweichungen von über +8 bis +20 W m-2 (TEDIV) sowie unter -30 W m-2 (LEDIV), die durchgehend für einen Zeitraum von eineinhalb bis zwei Jahren über dem tropischen Zentral-/Ostpazifik erreicht werden, untermauert. Anhand von linearen Kreukorrelations- und Regressionsanalysen zeigt sich ein statistisch signifikanter linearer Zusammenhang zwischen den ERA-PreSAT (bzw. ERA-20C) Energiehaushaltsanomalien und ENSO (Niño 3.4) für die Periode 1939-66. Im Vergleich zu ERA-Interim (1979-2011) ist dieser Zusammenhang etwas schwächer ausgeprägt samt geringerer Signifikanz. Eine östliche Ausdehnung bzw. Verlagerung der Haushaltsanomalien über dem tropischen Pazifik bei El Niño (La Niña) ist in den ERA-Interim Hovmöller Diagrammen aber auch anhand der ersten beiden LEDIV EOFs (als El Niño Modoki) ersichtlich. Für ERA-PreSAT (bzw. ERA-20C) zeigt sich dies wenn überhaupt nur deutlich schwächer. Teilweise tritt sogar eine westliche Verlagerung auf (besonders nach 1950), welche mit der unterschiedlichen SST Entwicklung über dem tropischen Pazifik vor und nach dem climate shift 1976/77 in Verbindung steht. Die resultierenden sogenannten "Central Pacific" (CP) El Niños könnten über eine Fernwirkung die negative Phase der NAO forcieren.
description: This thesis examines the interannual variability of the tropical atmospheric energy budget in association with ENSO for the period 1939-66. The new reanalyses ERA-PreSAT (additionally assimilated upper air observations) and ERA-20C of ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) were used. The vertically integrated horizontal divergences of total and latent energy transport (TEDIV and LEDIV) were calculated according to the direct method under consideration of mass flux correction. The longitude-time variability (Hovmöller diagrams) of the ERA-PreSAT energy flux divergences shows besides ENSO related patterns also pronounced inhomogeneities, which however do not occur in ERA-20C. A connection with the assimilated upper air observations is plausible. Furthermore rather inhomogeneous structures and an irrealistic meridional gradient are visible in ERA-PreSAT TEDIV EOF-1 instead of an ENSO signal. Based on an optimized equal sampling SNHT the zonally resolved difference time series of ERA-PreSAT and ERA-20C (TEDIV and LEDIV anomalies) were tested for breakpoints (inhomogeneities). On the basis of 5 pronounced discontinuities the ERA-PreSAT TEDIV and LEDIV time series were homogenized at every grid point between 30°S and 30°N. After the homogenization an ENSO related structure emerges as originally expected in ERA-PreSAT TEDIV EOF-1 without an irrealistic meridional gradient. In the Hovmöller diagrams characteristic dipole and quadrupole patterns for the homogenized divergences of energy fluxes are apparent especially during the strong El Niño events 1939-42, 1957/58 and 1965/66 and with reversed sign during La Niña 1942/43 and 1955/56. The extraordinary El Niño event 1939-42 is supported by anomalies higher than +8 to +20 W m-2 (TEDIV) and less than -30 W m-2 (LEDIV), which continuously occur over the tropical central/eastern Pacific for a period of 1.5 to 2 years. Linear cross correlation and regression analyses reveal a statistically significant linear relationship between ERA-PreSAT (ERA-20C) energy export anomalies and ENSO (Niño 3.4) for the period 1939-66. Compared to ERA-Interim (1979-2011) this relationship is a little less distinctive with lower significance. An eastward extension or propagation of the anomalies over the tropical Pacific during El Niño (La Niña) emerges in the ERA-Interim Hovmöller diagrams and in the first two LEDIV EOFs (as El Niño Modoki). For ERA-PreSAT (ERA-20C) this is -if at all- hardly detectable. Partially even a westward propagation occurs (especially after 1950) in association with the special SST evolution over the tropical pacific before and after the climate shift 1976/77. The resulting so-called "`Central Pacific"' (CP) El Niños could reinforce the negative phase of the NAO via a special teleconnection.