Stratosfeer en de invloed op ons weer

[Karel]

Even een vervolg op het stratosfeertopic. Bij de sneeuwval in oktober in Siberië moet speciaal gelet worden op het gebied ten zuiden van 60N en ten noorden van 25N tussen 0 en 180E voor het bepalen van de Snow Advance Index.


situatie 6 oktober 2013 0000u

[Sebastiaan]

Goed idee Karel. Mede omdat we binnenkort Aarnout als gastspreker mogen verwelkomen op de ledenvergadering! http://www.weather-forecast.com/maps/Russia?symbols=none&type=lapse

Bovenstaande website is handig voor het bekijken van de weerkaarten specifiek voor Rusland.

[Karel]

De relatie troposfeer-stratosfeer is nog vooral in een onderzoeksfase:http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/BAMS-D-11-00145.1

Een aantal aspecten komen in het bijzonder naar voren.

Het is noodzakelijk onderscheid te maken in de invloed van de stratosfeer op het weer en de invloed op ons klimaat.

In het eerste geval is het vooral de invloed van Sudden Stratospheric Warmings (SSW)in de winter en het voorjaar en de invloed daarvan op de sterkte van de westcirculatie op het Noordelijk Halfrond en het soms bijna wegvallen daarvan op hoge noordelijke breedten.

In het tweede geval gaat het om de invloed van de veranderingen van de concentratie aan broeikasgassen in de troposfeer (opwarming troposfeer) en in de stratosfeer (afkoeling stratosfeer).
De doorgaande invloed van de broeikasgassen is te zien op de lange termijn door middel van klimaatmodellen.


Nu gaat het om de invloed van andere factoren die de temperatuur en daardoor het stromingspatroon wekenlang in de stratosfeer (en ten gevolge daarvan in de troposfeer beinvloeden.

Een van de mogelijke actoren voor het optreden van SSW"s is de ontwikkeling van het sneeuwdek in Siberië.

Andere invloed is vooral de QBO ; een verandering van de windrichting in de stratosfeer boven de tropen. De combinatie met de zonneactiviteit speelt hierbij een belangrijke rol. Momenteel is er sprake van een westelijke wind rond 50hPa in de tropen. Gecombineerd met de grotere zonneactiviteit op dit moment (maximum is wel laag) is de kans op Sudden Stratospheric Warmings deze winter iets groter dan gemiddeld.
"JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH: ATMOSPHERES, VOL. 118, 1–13, doi:10.1002/jgrd.50424, 2013
The importance of time-varying forcing for QBO modulation of the atmospheric 11 year solar cycle signal Katja Matthes,1 Kunihiko Kodera,2 Rolando R. Garcia,3 Yuhji Kuroda,4
Daniel R. Marsh,3 and Karin Labitzke5
Received 11 March 2012; revised 12 April 2013; accepted 15 April 2013.
[1] We present results from three multidecadal sensitivity experiments with time-varying solar cycle and quasi-biennial oscillation (QBO) forcings using National Center for Atmospheric Research’s Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM3.1). The model experiments are unique compared to earlier studies as they use time-varying forcings for the solar cycle only and the QBO, both individually and combined. The results show that the annual mean solar response in the tropical upper stratosphere is independent of the presence of the QBO. The response in the middle to lower stratosphere differs depending on the presence of the QBO and the solar cycle but is statistically indistinguishable in the three experiments. The seasonal evolution of the solar and the combined solar-QBO signals reveals a reasonable agreement with observations only for the experiment in which both the solar cycle and the QBO forcing are present, suggesting that both forcings are important to generate the observed response. More stratospheric warmings occur during solar maximum and QBO west conditions. This appears to be the result of a QBO modulation of the background zonal mean wind climatology, which modifies the solar signal. Depending on the background wind, the small initial early winter solar signal in the subtropical upper stratosphere/lower mesosphere is enhanced during QBO east and diminished during QBO west conditions. This consequently influences the transfer of the solar-QBO signal during winter and results in the observed differences during late winter. Citation: Matthes, K., K. Kodera, R. R. Garcia, Y. Kuroda, D. R.Marsh, and K. Labitzke (2013), The importance of time-varying forcing for QBO modulation of the atmospheric 11 year solar cycle signal, J. Geophys. Res. Atmos., 118, oi:10.1002/jgrd.50424."

Dagelijks wordt ook hier de ontwikkeling in Siberië gevolgd.http://forum.netweather.tv/topic/78042-eurasian-snow-advance-and-the-uk-west-europe-winter/

Op de Freie Universität Berlin is de ECMWF verwachting te volgen: http://www.geo.fu-berlin.de/met/ag/strat/produkte/winterdiagnostics/index.html. De Japanse waarnemingen zijn dagelijks te vinden op:http://ds.data.jma.go.jp/tcc/tcc/products/clisys/STRAT/html_e/pole30_n.html
De eerste verstoringen vanuit Siberië zijn al te zien in de temperatuurverdeling op 30hPa.

[Sebastiaan]

http://www.metoffice.gov.uk/media/pdf/4/n/MOSAC17.12_SRG9.12_Scaife.pdf

M.n. werken de modellen niet goed door het niet goed verwerken van de sneeuwbedekking.

[Karel]

Er wordt aan het verwerken van de sneeuwbedekking gewerkt. In januari 2013 aparte bijeenkomst in Toronto. Hier een overzicht van de stand van zaken. De sneeuwprogs van het ECMWF model zijn helaas niet openbaar. http://www.google.nl/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&ved=0CFkQFjAF&url=http%3A%2F%2Fwww.wmo.int%2Fpages%2Fprog%2Fwww%2FOSY%2FMeetings%2FGCW-PS1%2FDoc5.6_ECMWF_assimilation.pdf&ei=R7hWUsch5KHRBejJgZAL&usg=AFQjCNEzc15jzvseJZeg3scG6cbsSVCpTg&bvm=bv.53760139,d.d2k&cad=rja

[Karel]

Een van de effecten van de afkoeling van de stratosfeer is de invloed op de maximale kracht van tropische cyclonen. Dit is door Hamish A. Ramsay met behulp van klimaatmodellen voor de tropen gedaan."The effects of imposed stratospheric cooling on the maximum intensity of tropical cyclones in axisymmetric radiative-convective equilibrium" Journal of Climate 2013 ; e-View
doi: http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-13-00195.1 Twee effecten spelen een belangrijke rol:De opwarming van de oceaan en de afkoeling van de stratosfeer.
"Abstract

The effects of stratospheric cooling and sea surface temperature (SST) warming on tropical cyclone (TC) potential intensity (PI) are explored using an axisymmetric cloud-resolving model run to radiative-convective equilibrium (RCE). Almost all observationally constrained datasets show that the tropical lower stratosphere has cooled over the past few decades. Such cooling may affect PI by modifying the storm’s outflow temperature, which together with the SST determines the thermal efficiency in PI theory. Results show that cooling near and above the model tropopause (90 hPa), with fixed SST, increases the PI at a rate of 1 m s-1 per degree cooling. Most of this trend comes from a large increase in the thermal efficiency component of PI as the stratosphere cools. SST warming (with fixed stratospheric temperature) increases the PI by roughly twice as much per degree, at a rate of about 2 m s-1 K-1. Most of the PI trend under SST warming comes from large changes in the air-sea thermodynamic disequilibrium. The predicted outflow temperature shows no trend in response to SST warming, however the outflow height increases substantially. Under stratospheric cooling, the outflow temperature decreases and at the same rate as the imposed cooling. These results have considerable implications for global PI trends in response to climate change. Tropical SSTs have warmed by about 0.15 K decade-1 since the 1970s, but the stratosphere has cooled anywhere from 0.3 K decade-1 to over 1 K decade-1, depending on dataset. Therefore, global PI trends in recent decades appear to have been driven more by stratospheric cooling than by surface warming."

[Sebastiaan]

Van het netweather forum
http://iopscience.iop.org/1748-9326/8/2/024006/pdf/1748-9326_8_2_024006.pdf


Deel van de conclusie

[Sebastiaan]

Op 24 oktober verscheen bericht bij MC met de titel: 'Wat gebeurt er de komende winter?'

Wat mij betreft een fantastische uiteenzetting van SSW. In het artikel wordt duidelijk een verband gelegd tussen de kou in februari 2012 en de kou in maart 2013 ten gevolg van een SSW.

Er staat trouwens een fout in het artikel Solar flux > 150 is actief, onder de 110 is niet actief. Zonneactiviteit is laatste dagen behoorlijk toegenomen. Momenteel Solar flux van boven de 160.

Tweede fout is dat Labitzke en van Loon dit in 2009 hebben ontdekt, dit is al eerder gebeurd. Zeker in 2006, misschien wel eerder. Nog even uitzoeken. strat-www.met.fu-berlin.de/labitzke/moreqbo/MZ-Labitzke-et-al-2006.pdf

www.weer.nl/weer-in-het-nieuws/weernieuws/ch/f7f43c2f28638b36372340b256f69cbe/article/wat_gebeurt_er_de_komende_winter.html
Hoewel het weer er nog op geen aanleiding toe geeft, werpt de winter van 2014 zijn schaduwen alweer vooruit. Zoals ieder jaar rond deze tijd verschijnen de eerste berichten over hoe het weer in de winter zal uitpakken. Bijna elk jaar zitten daar spectaculaire verhalen tussen, variërend van Arctische glijbanen via de koudste winter in meer dan 100 jaar tot ‘horrorscenario’s’.

Ook bij Meteo Consult maken we jaarlijks een winterverwachting, gebaseerd op de voorzichtige verbanden die er lijken te zijn tussen het weer in de aanloop naar de winter en de gebeurtenissen tijdens de winter zelf. Altijd met als dikke voetnoot erbij dat de betrouwbaarheid van dergelijke exercities zeer gering is. En dat successen, die er af en toe wel degelijk zijn, waarschijnlijk meer op toevallig geluk dan op ‘kunde’ berusten. En toch is het leuk om het te proberen.

Teleconnecties
Waar we het van moeten hebben bij het maken van winterverwachtingen, is van zogenoemde ‘teleconnecties’. Verbanden die er mogelijkerwijs tussen het optreden van grootschalige gebeurtenissen op zee, in het Arctisch gebied, in de hoge bovenlucht en dat dan op allerlei plaatsen tegelijkertijd en het weer. Het is bij voorbeeld goed voorstelbaar dat er een link is tussen grootschalige stromingspatronen en de plaatsen waar hoge- en lagedrukgebieden komen te liggen.

Stromingspatronen op hun beurt kunnen weer worden beïnvloed door verdelingen in zeewatertemperaturen en dat dan vooral in de oceanen. Een bekend voorbeeld van zo’n patroon is El Niño, een periodieke sterke opwarming van het zeewater in de Grote Oceaan, langs de evenaar en tussen Indonesië aan de ene kant en Peru aan de andere kant. De grootste afwijkingen naar boven in de watertemperatuur doen zich daarbij aan de kust van Zuid-Amerika voor. De effecten van een sterke El Niño kunnen enorm zijn en bijna wereldwijd hun tol eisen.

Het idee dat er gebeurtenissen zijn die het weer gedurende een jaargetijde (zoals de winter) zo sterk beïnvloeden dat de effecten ervan zelfs boven de natuurlijke grilligheid ervan, die in ons deel van de wereld erg groot is, uitstijgen, is dus niet zo raar. En zeker in een jaargetijde als de winter, dat minder dan welk ander seizoen ook ten prooi valt aan de (thermische) grillen van de zon, is het dus leuk om ze te herkennen en ervaring op te doen met de eventuele effecten ervan.

Allerlei indices
Zonder ze nu allemaal te gaan uitleggen, kun je dan denken aan de NAO-index, de AO-index, de AMO index, de PDO-index, de Madden-Julian Oscillation, de ENSO (El Niño en La Niña) en nog een aantal andere indices die het verschil aangeven in temperaturen tussen het Arctische gebied en de gebieden rond de evenaar, zowel op de Grote als op de Atlantische Oceaan. Veel van die indices kunnen iets zeggen over de kracht en de ligging van de straalstroom en over de kansen op en de mate waarin situaties optreden die je in de meteorologie als blokkades zou kunnen omschrijven. Grote en sterke hoge- en lagedrukgebieden blijven dan langere tijd op hun plaats liggen en zorgen ervoor dat een eenmaal ingezet weerbeeld langere tijd aanhoudt. Bij voorbeeld winterweer.

Komt er een SSW?
Een speciale gebeurtenis, en daar kijken we wel even iets langer naar, die de afgelopen twee winters kleur heeft gegeven is het optreden van een plotseling opwarming van de stratosfeer (Sudden Stratospheric Warming – SSW) boven het Noordpoolgebied. In de winter van 2012 was er hoogstwaarschijnlijk een verband tussen het optreden van die plotselinge opwarming van de stratosfeer en de plotselinge en hevige vorstperiode, die ons die winter in de eerste helft van februari nog vlakbij een Elfstedentocht bracht. De SSW van eerder dit jaar beïnvloedde het winterweer in Nederland ook sterk en dat dan vooral gedurende de maartmaand. Toen ontstond boven het Noordpoolgebied een groot hogedrukgebied dat ervoor zorgde dat de kou daar naar het zuiden wegstroomde en ook onze omgeving bereikte. Maart was daardoor een wintermaand.

De grote vraag is natuurlijk of er de komende winter opnieuw zo’n SSW komt? Is daar iets over te zeggen? Het antwoord is: ja, waarschijnlijk kunnen we daar wel iets over zeggen. Onderzoekers Labitzke en Kunze hebben in 2009 een verband gevonden tussen het optreden van SSW’s, een windregime in de stratosfeer boven de evenaar (de QBO) en de activiteit van de zon.

QBO, zonneactiviteit en SSW
Dat windregime boven de evenaar betreft het deel van de atmosfeer tussen 20 en 35 kilometer hoogte. De wind waait daar afwisselend uit het westen en oosten, op basis van een tijdsduur van steeds 28 of 29 maanden. De afgelopen twee winters zat de QBO in zijn oostelijke fase, de komende winter in een sterke westelijke fase. Als parameter waaraan we de activiteit van de zon kunnen afmeten, nemen we de zogenoemde Solar Flux 10.7 cm, een radiogolf die van de zon op aarde uitkomt. De hoeveelheid van dit type radiogolven die de aarde bereikt is een goede graadmeter voor de hoeveelheid Uv-straling die de zon uitzendt. En die is weer sterk gecorreleerd aan de activiteit van de zon. Hoe groter de Solar Flux is, hoe groter ook de activiteit van de zon.

Het verband is het volgende. In jaren dat de QBO oostelijk is, treden SSW’s in het poolgebied voornamelijk op als de activiteit van de zon laag is (Solar Flux tussen 70 en 150). Is de activiteit van de zon groot (Flux tussen 150 en 250) dan is de kans op zo’n SSW in het Noordpoolgebied erg klein tijdens de oostfase van de QBO. Bij de westfase is het verband precies andersom: de kans op het optreden van een SSW is dan groot als de zon erg actief is (flux tussen 150 en 250) en juist erg klein bij geringe activiteit van de zon (flux tussen 70 en 150).

Geen SSW dus?
We weten inmiddels dat de QBO de komende winter stevig in zijn westelijke fase zit, dus zullen we het volgens dit verband van een grote activiteit van de zon moeten hebben. Nu zit de zon op dit moment in zijn maximum voor wat zijn activiteit betreft, maar (en er is op deze site al vaak over geschreven) gaat het tegelijkertijd om een uiterst zwak maximum. Het grootste deel van de tijd zit de Solar Flux tussen 100 en 120 (nu heel even 146) en dus ruimschoots in het inactieve gebied. Omdat het maximum tijdens de winter voorbij is, zullen die waarden naar verwachting alleen maar minder worden. En daarmee is, met de westelijke fase van de QBO, de kans op het optreden van een SSW waarschijnlijk zeer klein. Sinds 1942 is het maar een keer gebeurd, in het jaar 2009.

[Sebastiaan]

Actieve zon de laatste dagen! http://solarham.net/wwv.htm

[Karel]

Labitzke en van Loon schreven eind vorige eeuw een aardig boek over de relatie QBO, Solar Flux en SSW's. Met het onverwacht opvlammen van de zonneactiviteit zeer interessant om te lezen. Kan dit echter midden november verder uitzoeken.