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Identification and global climatology of upper-level troughs at low latitudes

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A new algorithm has been developed to identify upper-level troughs propagating from the extratropics into low latitudes. In contrast to previous studies the identification algorithm analyzes vertical averages of potential vorticity (VAPV) in the 400–100 hPa layer. This way the detection is less sensitive to seasonal variations and only responds to intense troughs with a coherent signal throughout the upper troposphere. Regions with VAPV values ≥ |2PVU| between 17° North and South are defined as intrusion systems. The detected systems are tracked and attributes such as lifetime, size, vertical depth and horizontal tilt are assessed. This approach is applied to ERA-40 reanalysis data for the 22-year period from 1980 to 2001. The resulting climatology indicates frequency maxima over the Pacific and Atlantic Oceans in both hemispheres during boreal winter. In boreal summer the intrusion activity is generally reduced with exception of the central North Pacific, where rather long-lived, shallow and strongly tilted systems frequently occur. The over-all geographical distribution and seasonal variations reflect the previously documented relation to mean westerly winds in the low-latitude upper troposphere. The mean lifetime of an intrusion system is nearly two days with a maximum in summer in both hemispheres. The vertical depth is on average larger during winter and in the Southern Hemisphere. The majority of intrusion systems are positively tilted. The detection is sensitive to the chosen latitudinal and VAPV thresholds with biggest effects on frequency and seasonality, while the geographical distribution is rather robust. The present study provides the basis for further investigations on tropical-extratropical interactions related to upper-troughs at low latitudes.

Ein neuer Algorithmus zur Identifikation von Höhentrögen, die aus den Extratropen in niedere Breiten propagieren, ist entwickelt worden. Im Gegensatz zu früheren Studien analysiert der Algorithmus vertikale Mittel der potentiellen Vorticity in der Schicht von 400 bis 100 hPa (VAPV). Dadurch reagiert die Identifikation weniger sensitiv auf jahreszeitliche Schwankungen und spricht nur auf intensive Tröge mit einem kohärenten Signal in der oberen Troposphäre an. Regionen mit VAPV Werten ≥ |2PVU| zwischen 17° Nord und Süd werden dabei als Intrusionssysteme definiert. Die identifizierten Systeme werden verfolgt und Attribute wie Lebensdauer, Größe, vertikale Mächtigkeit und horizontale Neigung werden bestimmt. Dieser Ansatz wird auf ERA-40 Reanalysedaten für die 22-jährige Periode von 1980 bis 2001 angewendet. Die daraus resultierende Klimatologie zeigt Häufigkeitsmaxima über dem pazifischen und atlantischen Ozean in beiden Hemisphären im nordhemisphärischen Winter. Im nordhemisphärischen Sommer ist die Intrusionsaktivität im Allgemeinen geringer mit Ausnahme des zentralen Nordpazifiks, wo häufig relativ langlebige, flache und stark geneigte Systeme auftreten. Die beschriebene geographische Verteilung und jahreszeitlichen Variationen spiegeln den bereits dokumentierten Zusammenhang zu mittleren Westwinden in der oberen Troposphäre der niederen Breiten wider. Die mittlere Lebensdauer der Intrusionssysteme ist nahezu 2 Tage mit einem Maximum im Sommer in beiden Hemisphären. Die Systeme sind im Winter und in der Südhemisphäre im Mittel vertikal mächtiger. Die Mehrzahl der Intrusionssysteme ist positiv geneigt. Die vorliegende Studie dient als Grundlage für weitere Untersuchungen zu tropisch-extratropischen Wechselwirkungen im Zusammenhang mit Höhentrögen in niederen Breiten.

Document Type: Research Article


Publication date: October 1, 2008

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