Fluctuations in the Northern Hemisphere stratospheric temperature on time scales from ten years to two months

Summary

The amplitude and spatial structure of the temperature fluctuations of three stratospheric layers (10–30 mb, 30–50 mb and 50–100 mb) were examined on a global scale. Some new facts emerge which shed light on the general circulation of the stratosphere and which may be summarized as follows: (a) The quasi-biennial temperature oscillation (QBO) in the equatorial region (10 N) has a longer period than that in the latitude belt 20 N to 40 N. (b) The semiannual temperature oscillation (SAO) at low latitude has a relatively large ampltitude but the variance is distributed over a range of frequencies not centered in a line. The SAO disappears at 30 N then reemerges at 40 N and increases to a maximum at sub-polar latitudes. At 50 N the SAO appears to be caused by the variation in the eddy exchange process from the winter to the summer season. In polar regions the SAO disappears in a background variance that is distributed over all the higher frequencies. (c) The background variance at periods less than one year increases with latitude and altitude to the north of 40 N and accounts for more than 10% of the total variance in polar regions. (d) Global fluctuations of stratospheric temperatures on time scales of a decade or more are discussed and possible causes are advanced.

Zusammenfassung

Es werden die Amplitude und die räumliche Struktur der Temperaturschwankungen von drei Stratosphärenschichten (10–30 mb, 30–50 mb und 50–100 mb) in globalem Ausmaß untersucht. Es ergeben sich neue Tatsachen, die ein Licht auf die allgemeine Zirkulation der Stratosphäre werden und die, wie folgt, zusammengefaßt werden können: a) Die quasibiennale Temperaturschwankung (QBO) weist in der äquatorialen Region (10°N) eine längere Periode auf als im Breitengürtel von 20 bis 40°N. b) Die halbjährige Temperaturschwankung (SAO) hat in niedriger Breite eine relativ große Amplitude, aber die Varianz ist über eine Bande von Frequenzen verteilt und nicht auf eine einzige Linie konzentriert. Die SAO verschwindet in 30°N, erscheint dann in 40°N wieder und nimmt bis zu einem Maximum in subpolaren Breiten zu. Es hat den Anschein, daß in 50°N die SAO durch die Änderung der zyklonalen Austauschprozesse vom Winter zum Sommer verursacht wird. In den polaren Regionen verschwindet die SAO in einer Grundvarianz, die über alle höheren Frequenzen verteilt ist. c) Die Grundvarianz nimmt bei Perioden kleiner als ein Jahr mit der Breite und Höhe bis 40°N zu und macht mehr als 10% der Gesamtvarianz in polaren Gebieten aus. d) Globale Schwankungen der Temperatur der Stratosphäre in Periodenlängen von einer Dekade oder mehr werden besprochen und mögliche Ursachen dafür werden vorgebracht.