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On the signal of the 11-year sunspot cycle in the stratosphere over the Antarctic and its modulation by the Quasi-Biennial Oscillation (QBO)

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Abstract:

In earlier studies it was shown that during northern winters as well as northern summers the QBO must be introduced to identify a solar signal. A clear solar signal emerges only when the data are stratified according to the different phases of the QBO. This signal is often of opposite sign in the respective phases of the QBO. During the of the QBO the height differences between solar maxima and minima imply an intensification of the polar vortex (positive Annular Mode) throughout the year during solar maxima: During the northern winter half-year positive height differences (anomalies) are observed from about 90° S to 60° N, with negative anomalies further north; and during the southern winter half-year positive anomalies exist from 90° N to 45° S, with negative anomalies further south. The structure of the anomalies is very symmetric with a change between hemispheres in May/June and October/November. The consistently positive height and temperature anomalies during over the tropics and subtropics imply anomalous downwelling, i.e.a weakening of the Brewer-Dobson circulation throughout the year – during solar maxima. The antarctic polar vortex and the connected are influenced by the 11-year solar cycle in much the same way as the arctic polar vortex. During the midwinter warmings over the Arctic and the over the Antarctic lead to the negative mode of the Annular Mode (weaker polar vortex). They influence the whole stratosphere with downwelling (adiabatic warming) over the polar regions and connected upwelling (adiabatic cooling) outside the respective polar regions, reaching far into the other (summer) hemisphere. This leads to an intensification of the Brewer-Dobson circulation – during solar maxima.

German
In früheren Arbeiten wurde gezeigt, dass man sowohl während der Nordwinter wie auch während der Nordsommer die QBO einführen muss, um das solare Signal vollständig herauszuarbeiten. Nur, wenn die Daten vorher entsprechend der unterschiedlichen Phasen der QBO (Ost- oder Westwind) sortiert werden, erhält man ein deutliches Signal, oft mit entgegengesetztem Vorzeichen in den beiden Gruppen. Die Höhendifferenzen (Anomalien) zwischen den solaren Maxima und Minima ergeben in der Ostwindphase im solaren Maximum eine Verstärkung des Polarwirbels (positiver Annular Mode). Dies ist während des ganzen Jahres der Fall: während des nördlichen Winterhalbjahrs sind die Anomalien von 90° S bis 60° N positiv, dann negativ bis 90° N, und während des südlichen Winterhalbjahrs umgekehrt positiv von 90° N bis 45° S und negativ polwärts. Die Struktur der Anomalien ist sehr symmetrisch, mit einem Wechsel zwischen den entsprechenden Winterhalbjahren im Mai/Juni bzw. Oktober/November. Die durchgehend positiven Höhen- und Temperaturanomalien über den Tropen und Subtropen im solaren Maximum/Ostphase können nur mit Absinken (adiabatische Erwärmung) erklärt werden, was einer Abschwächung der Brewer-Dobson Zirkulation im solaren Maximum (in dieser Phase der QBO) entspricht. Der antarktische Polarwirbel und die Final Warmings werden von dem 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus ähnlich wie der arktische Polarwirbel beeinflusst: Im solaren Maximum/Westphase führen die arktischen Stratosphärenerwärmungen und die antarktischen Final Warmings zum negativen Annular Mode (abgeschwächter Polarwirbel). Das mit diesen Erwärmungen verbundene Absinken (adiabatische Erwärmung) über den jeweiligen Polargebieten führt zu weiträumigem Aufsteigen (adiabatische Abkühlung), das weit in die andere (Sommer)-Hemisphäre hineinreicht und dort dem solaren Signal (positive Anomalien) entgegenwirkt. In dieser Phase der QBO wird die Brewer-Dobson Zirkulation also im solaren Maximum verstärkt.

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2004/0013-0263

Publication date: July 1, 2004

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schweiz/mz/2004/00000013/00000004/art00001
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