Die Quasi-Biennial-Oszillation (QBO) Datenreihe

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Die QBO ist eine annähernd zweijährige Schwingung des zonalen Windes in der unteren und mittleren tropischen Stratosphäre. Das heißt, dass sich zwischen 100 hPa und 10 hPa Westwinde mit Ostwinden abwechseln. Die Periode dieser Schwingung schwankt zwischen 22 und 34 Monaten. Im Mittel beträgt sie 27 Monate.

Die ersten Datenanalysen, die auf die Existenz des oszillierenden zonalen Windes hinwiesen, wurden von Graystone (1959) und Ebdon (1960) durchgeführt. Die Theorie der QBO wurde von Lindzen und Holton (1968)  und Holton und Lindzen (1972) aufgestellt.

Ausführliche Informationen zu allen Aspekten der QBO, ihren dynamischen und globalen Auswirkungen, können in dem Review-Artikel von Baldwin et al. (2001) gefunden werden. Eine Untersuchung über die Kopplung der tropischen QBO und der globalen stratosphärischen Zirkulation wurde von Marquardt (1998) durchgeführt. 

Datenerfassung

Begleitend zur Erstellung der täglichen synoptischen Analysen stratosphärischer Druckflächen seit 1957 wurden für ausgesuchte Radiosondenstationen in der Nähe des Äquators die täglichen Windbeobachtungen extrahiert.  Die Daten der frühen Jahre wurden aus Datentabellen der Nordhemisphäre gewonnen.

Aus diesen täglichen Werten wurden Monatsmittel für die Druckflächen 70, 50, 40, 30, 20, 15 und 10 hPa berechnet. Der bis 1953 zurückreichende Datensatz wurde erstellt aus der Kombination der Beobachtungen an den Radisondenstationen:

  • Canton Island    (1967 geschlossen)
  • Gan/ Malediven  (1975 geschlossen)
  • Singapur

Der Datensatz kann als repräsentativ für einen globalen Gürtel in der Nähe des Äquators angesehen werden. Alle Untersuchungen haben bisher gezeigt, dass die QBO-Phasen nur wenig längenabhängig sind. Unsicherheiten während der frühen Jahre in den oberen Flächen sind auf die spärlichen Daten zurückzuführen. Mehr Informationen über die Ausgangsdaten können in Naujokat (1986) gefunden werden.

Ein zweiter Datensatz wird seit 1987 erstellt. Grundlage hierfür sind tägliche vertikale Windprofile der Station Singapur. Es ist damit möglich einen Datensatz mit höherer vertikaler Auflösung zu erhalten, mit den folgenden Druckflächen: 100 (seit 1997), 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 12 und 10 hPa.

Datenzugang

Die beiden Datensätze (Datenformat ASCII) können hier erhalten werden. Die Archive (*.zip und *.tgz) enthalten die Dateien: qbo.dat, singapore.dat, singapore2016.dat, und singapore2017.dat:

Aktualisiert bis Dezember 2017.

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Struktur der QBO

Der Zeit-Höhen-Schnitt der mit Abb. 1 aus diesen Daten erstellt wurde zeigt die beobachtete Struktur der QBO in äquatorialen Breiten:

  • sich abwechselnde Ost- und Westwind-Regime breiten sich mit der Zeit von Oben nach Unten aus;
  • das Westwind-Regime breitet sich schneller und regelmäßiger aus als das Ostwind-Regime;
  • der Übergang zum Ostwind-Regime verzögert sich oft zwischen 30 und 50 hPa;
  • Ostwinde sind im Allgemeinen stärker (30 - 35 m/s) als die Westwinde (15 - 20 m/s);
  • die maximalen Amplituden beider Phasen sind typischerweise in 20 hPa zu beobachten;
  • die durchschnittliche Periode beträgt 27 Monate;
  • sowohl die Periode, als auch die Amplituden können beträchtlich von Zyklus zu Zyklus variieren.

Abbildung 1: Zeit-Höhen Schnitt der Monatsmittel des zonalen Windes (m/s) an äquatorialen Stationen: Canton Island, 3°S/172°W (Jan 1953 - Aug 1967), Gan/Maledive Islands, 1°S/73°E (Sep 1967 - Dec 1975) und Singapore, 1°N/104°E (since Jan 1976). Das Isolinienintervall beträgt 10 m/s; Westwinde sind schattiert dargestellt (update von Naujokat, 1986) (download pdf).

Referenzen

Baldwin, M. P., L. J. Gray, T. J. Dunkerton, K. Hamilton, P. H. Haynes, W. J. Randel, J. R. Holton, M. J. Alexander, I. Hirota, T. Horinouchi, D. B. A. Jones, J. S. Kinnersley, C. Marquardt, K. Sato, and M. Takahashi (2001):  The Quasi-Biennial Oscillation. Reviews of Geophys., 39, 179-229.

Ebdon, R. A. (1960): Notes on the wind flow at 50 mb in tropical and sub-tropical regions in January 1957 and January 1958. Q. J. Roy. Met. Soc., 86, 540-542.

Graystone, P. (1959): Meteorological office discussion on tropical meteorology. Met. Magazine,  88, 117.

Holton, J. R. and R. S. Lindzen (1972): An updated theory for the quasi-biennial cycle of the tropical stratosphere. J. Atmos. Sci., 29, 1076-1080.

Lindzen, R. S. and J. R. Holton (1968): A theory of the Quasi-Biennial Oscillation of the tropical stratosphere. J. Atmos. Sci., 25, 1095-1107.

Marquardt, C. (1998): Die tropische QBO und dynamische Prozesse in der Stratosphäre. PhD Thesis, Met. Abh. FU-Berlin, Serie A, Band 9/Heft 4, Verlag Dietrich Reimer Berlin, 260 S.

Naujokat, B. (1986): An update of the observed quasi-biennial oscillation of the stratospheric winds over the tropics. J. Atmos. Sci., 43, 1873-1877.

Kontakt

Fragen über die QBO Datenreihe bitte an: Markus Kunze (markus.kunze@met.fu-berlin.de).