Physik des Treibhauseffekts und der Konvektion in warmen Ozeanen

Die Meerestemperatur (SST) im ungefähr 50 % des tropischen Pazifischen Ozeans ist warm genug (SST > 300 K), um tiefe Konvektion zuzulassen. Dieses Papier untersucht die Auswirkungen der tiefen Konvektion auf die klimatologischen Mittelwerte der vertikalen Verteilung von Wasserdampf und dessen Treibhauseffekt über solch warmen Ozeanen. Die Studie, die eine Kombination aus satellitengestützten Strahlungsbudgetbeobachtungen, atmosphärischen Messungen von Schiffen und Strahlungsmodellberechnungen verwendet, untersucht auch den Zusammenhang zwischen SST, vertikaler Verteilung von Wasserdampf und dessen Treibhauseffekt in den tropischen Ozeanen. Da der Fokus der Studie auf den radiativen Effekten von Wasserdampf liegt, schließen die Strahlungsmodellberechnungen die Effekte von Wolken aus. Die Daten werden in nicht-konvektive und konvektive Kategorien unter Verwendung von SST als Index für konvektive Aktivität gruppiert. Im Durchschnitt sind konvektive Regionen feuchter, fangen signifikant mehr langwellige Strahlung ein und emittieren mehr Strahlung zur Meeresoberfläche. Der Treibhauseffekt in Konvektionsregionen funktioniert nach klassischen Ideen, das heißt, mit steigender SST fängt die Atmosphäre die überschüssige langwellige Energie, die von der Oberfläche emittiert wird, ein und strahlt sie lokal zurück zur Meeresoberfläche. Der wichtige Unterschied zu dem klassischen Bild ist, dass die Nettoströmungen (nach oben minus nach unten) an der Oberfläche und an der Oberkante der Atmosphäre mit einer Erhöhung der SST abnehmen; das heißt, die Oberfläche und die Oberfläche-Troposphären-Säule verlieren die Fähigkeit, die überschüssige Energie ins All zu strahlen. Die Ursache dieses Super-Treibhauseffekts an der Oberfläche ist der rapide Anstieg der Feuchtigkeit in der unteren Troposphäre mit der SST; die Ursache der Säule ist eine Kombination aus einem Anstieg der Feuchtigkeit in der gesamten Säule und einem Anstieg der Temperaturabnahme innerhalb der unteren Troposphäre. Der Anstieg der vertikalen Verteilung der Feuchtigkeit übersteigt bei weitem, was auf die temperaturabhängige Sättigungsdampfdruck zurückgeführt werden kann; das heißt, die relative Feuchtigkeit in der Troposphäre ist in konvektiven Regionen höher. Die positive Verbindung zwischen SST und der radiativen Erwärmung der Oberfläche durch den Treibhauseffekt des Wasserdampfs zeigt sich auch auf interannalen Zeitmaßstäben.