Authors:	Wolf, Gabriel
Title:	Untersuchung der Dynamik von Rossbywellenzügen in der oberen Troposphäre und deren Darstellung in numerischen Wettervorhersagemodellen
Online publication date:	20-Apr-2016
Year of first publication:	2016
Language:	german
Abstract:	Die Arbeit befasst sich mit der Dynamik von Rossbywellenzügen in der oberen Troposphäre und deren Darstellung in numerischen Wettervorhersagemodellen. Für die Darstellung von Rossbywellenzügen wird auf bereits existierende Methoden der Hilberttransformation des Meridionalwindes und eines geeigneten Wellenaktivitätsflusses zurückgegriffen. Diese Methoden werden miteinander verglichen, ihre Vor- und Nachteile herausgearbeitet und bestimmte Modifikationen dieser Methoden vorgeschlagen. Dies betrifft insbesondere die in Realität häufiger nicht erfüllte Annahme, dass Rossbywellenzüge durch beinahe ebene Wellenpakete beschrieben werden können. Diese Annahme lässt sich durch die Anwendung einer Koordinatentransformation größtenteils wiederherstellen. Zusätzlich wurde ein Trajektorienprogramm zur zeitlichen Verfolgung von Rossbywellenzügen in Längengrad-Breitengrad-Feldern entwickelt und damit eine trajektorienbasierte Rossbywellenzug-Klimatologie erstellt. Ein Vergleich mit zwei bereits existierenden Klimatologien konnte die Robustheit der zuvor gefundenen Resultaten aufzeigen. Zusätzlich wurden neue nützliche Eigenschaften zur Charakterisierung der Rossbywellenzüge eingeführt, eine neue aufschlussreiche Darstellungsform vorgestellt sowie bestimmte hilfreiche Klassen an Rossbywellenzüge herausgearbeitet. Desweiteren wurden objektbasierte Vorhersagefehler von Rossbywellenzügen in dem numerischen Wettervorhersagemodell des ECMWF untersucht. Dabei wird explizit auf die Vorteile und Schwierigkeiten objektbasierter Fehlermaße eingegangen. Bei den Untersuchungen zeigten sich systematische Fehler von zu klein, zu schwach und zu weit nach Norden vorhergesagten Wellenzügen. Mit der Übertragung der Fehleranalyse auf das Trajektorienprogramm lässt sich nun explizit die Vorhersagbarkeit der einzelnen Wellenzug-Lebensphasen untersuchen. The thesis investigates the dynamics of upper level tropospheric Rossby wavetrains and their representation in numerical weather forecast models. Rossby wavetrain representation is implemented through use of the hilbert transform of meridional wind and an appropriate wave activity flux. The methods are compared, their respective advantages analysed and certain modifications suggested. The methods ground on the assumption that Rossby wavetrains can be represented by almost-plane waves. This often not fulfilled assumption can be reestablished through the use of a simple coordinate transformation. Additionally, a program was developed for the temporal tracking of wavetrains in latitude-longitude-fields with which a trajectory-based climatology was calculated. A comparison with two existing climatologies shows the robustness of previous results. New insightful wavetrain properties were developed, a new instructive plotting illustration presented and useful classes of wavetrains worked out. Furthermore, object-based forecast errors of Rossby wavetrains in the numerical weather forecast model of the ECMWF were investigated. The advantages and difficulties of such object-based error measures are discussed explicitly. These investigations revealed systematic errors of wavetrains predicted too small, too weak and slightly too far north. The analysis of forecast errors was further adapted for application to the trajectory program, allowing the investigation of predictability for the different wavetrain lifestages.
DDC:	550 Geowissenschaften 550 Earth sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4554
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000003856
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	273 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen