Arctic amplification in atmospheric observations : equator-to-pole gradients and their connection to storm tracks

Temperaturänderungen in der Arktis sind für das Klimasystem der Erde von entscheidender Bedeutung. Sie beeinflussen den Temperaturunterschied zwischen der Arktis und dem Äquator und haben auch einen Einfluss auf die Stürme in mittleren Breiten. Eine Veränderung der Sturmbahnen wiederum kann Auswirkungen auf das Klima in Europa und Nordamerika haben und zu Wetterextremen in der Nordhemisphäre führen. Um diese Temperaturänderungen besser beurteilen zu können werden sowohl Temperaturgradienten vom Äquator zu den Polen als auch die Temperaturunterschiede und Trends zwischen der tropischen und der arktischen Region genauer untersucht. Da viele Sturmbahnen über den Atlantik verlaufen, wird diese Region separat behandelt. Weiters werden zwei Sturmereignisse explizit betrachtet. Alle Ergebnisse basieren auf atmosphärischen Profilen von GPS Radio Okkultationsbeobachtungen zwischen 2001 und 2017. Zum Vergleich werden atmosphärische Analysen und Reanalysen verwendet. In der unteren Troposphäre nimmt der Temperaturunterschied zwischen den Tropen und der Arktis um bis zu 0.5 K pro Dekade ab, während er in der Nähe von 12 km bis zu 1 K pro Dekade ansteigt. In der unteren Stratosphäre bei etwa 25 km Höhe nimmt die Temperaturdifferenz mit ungefähr 0.4 K pro Dekade ab.In der Atlantikregion ist der Temperaturunterschied in der unteren Troposphäre nahe Null. Über 8 km wird der Temperaturunterschied größer, in der unteren Stratosphäre nimmt er jedoch mit einem Maximum von 1.5 K pro Dekade wieder ab. Insgesamt sind die Temperaturschwankungen in der Arktis stärker als in den Tropen. Mit den derzeitigen RO-Satellitenkonstellationen ist es schwierig, Sturmbahnen von kleinen, sich schnell bewegenden Sturmsystemen zu erkennen. Bei großen Sturmsystemen, die eine geringere zeitliche und räumliche Auflösung erfordern, kann die genaue vertikale Geolokalisierung mit RO zusätzliche Informationen über den Sturmverlauf auf isentropischen Oberflächen liefern.Temperature changes in the Arctic region are crucial for the Earths climate system. They affect the temperature gradient between the Equator and the Arctic region and subsequently influence the cyclone paths in the middle latitudes. This has a strong impact on the weather conditions in Europe and North America and could lead to more extreme weather events across the northern hemisphere. To investigate these temperature changes and their consequences, Equator-to-pole temperature gradients as well as temperature differences and trends between the tropical area and the Arctic region are evaluated. As many storms move across the Atlantic, this region is investigated separately. In addition, two exemplary storm cases are explored. All results are based on atmospheric profiles from GPS Radio Occultation observations from 2001 to 2017. Atmospheric analyses and reanalyses are used for comparison. The high vertical resolution of the RO data offers a great advantage, as it allows the representation of vertical resolved trends from the troposphere up to the mid stratosphere. In the lower troposphere, the temperature difference between the tropics and the Arctic decreases up to 0.5 K per decade, while it increases above by up to 1 K per decade near 12 km altitude. In the lower stratosphere the temperature difference decreases up to 0.4 K per decade at about 25 km. In the Atlantic region, the temperature difference is near zero in the lower troposphere. It increases above 8 km and decreases in the lower stratosphere with a maximum of 1.5 K per decade. Overall, the temperature changes are found to be larger in the Arctic region than in the tropics. With the current RO satellite constellations, it is found challenging to detect storm paths of small, fast moving storm systems. However, for large storm systems requiring less spatial-temporal resolution, the precise vertical geolocation with RO can provide additional information on the storm track on isentropic surfaces.Peter Patrick, BScZusammenfassungen in Deutsch und EnglischKarl-Franzens-Universität Graz, Masterarbeit, 2019(VLID)358794