Title (eng)
Energy transport in the atmosphere during an extreme event
Parallel title (deu)
Energietransport in der Atmosphäre während eines extremen Ereignisses
Author
Marcus Rubel
Advisor
Andreas Stohl
Assessor
Andreas Stohl
Abstract (deu)
Während der extremen Hitzewelle im Pazifischen Nordwesten im Juni 2021 wurden frühere 2-m-Temperaturrekorde um 5 K oder mehr gebrochen. Die höchste 2-m Temperatur von 49,6 °𝐶 wurde am 30. Juni in Lytton, einem Dorf in der kanadischen Provinz British-Columbia (50,2°N), gemessen. Um der Frage nachzugehen, warum dieses Ereignis derart extrem war, habe ich das Lagrangesche Ausbreitungsmodell FLEXPART angewandt, um Analysedaten von 15-tägigen Rückwärtstrajektorien zu erhalten und um meteorologische Parameter und physikalische Größen entlang dieser zu verfolgen. Diese Masterarbeit beinhaltet eine Fallstudie des PNW-Hitzeereignisses vom Juni 2021 und eine Analyse der 32 extremsten PNW-Hitzeereignisse zwischen 1960 und 2021. Erstens stammen große Teile der Luftmassen, die mit dem PNW-Ereignis im Juni 2021 in Verbindung stehen, von subtropischen Regionen im westlichen Nordpazifik und damit ungewöhnlich weit südlich und westlich im Vergleich zu früheren Hitzeereignissen. Des Weiteren trug die Feuchteaufnahme und die anschließende Freisetzung latenter Wärme durch Kondensation entlang der Meiyu-Baiu-Front und eines Warm Conveyor Belts entscheidend zu der Intensität der PNW-Hitzewelle im Juni 2021 bei. Infolgedessen stieg die potenzielle Temperatur am 30. Juni 2021 in Lytton auf etwa 50 °C und lag damit 7 bis 11 K über den Werten der früheren extremsten PNW-Hitzewellen. Darüber hinaus begünstigte die latente Wärmefreisetzung, die nur vor der PNW-Hitzewelle im Juni 2021 auftrat, die Entstehung eines intensiven anhaltenden blockierenden Hochdruckgebietes über dem Pazifischen Nordwesten. Zusätzlich entwickelte sich aufgrund einer unterdurchschnittlichen Bodenfeuchte, die zu einer positiven Rückkopplung zwischen der Bodenfeuchte und der Temperatur führte, am 30. Juni 2021 eine höhere Grenzschicht. Infolgedessen war die adiabatische Erwärmung durch Senkung und Durchmischung während des PNW-Hitzeereignisses im Juni 2021 intensiver als während früherer PNW-Hitzewellen. Zusammenfassend lassen sich zwei primäre überlagernde Antriebsprozesse nur während des PNW-Ereignisses im Juni 2021 feststellen. Dies erklärt warum die 2-m Temperaturmaxima am 30.Juni 2021 über dem Pazifischen Nordwesten um 5 K oder mehr von den bisherigen 2-m Temperaturrekorden abwichen.
Abstract (eng)
During the extreme Pacific Northwest June 2021 heat wave previous all-time 2-m temperature records were broken by 5 K or more. The highest 2-m temperature of 49.6°C on June 30 was measured in Lytton, a village in the Canadian province British-Columbia (50.2°N). To address the question why this event was so anomalous, I applied the Lagrangian dispersion model FLEXPART to obtain analysis data of 15-day backward trajectories and to trace meteorological parameters and physical quantities along them. This master thesis includes a case study of the PNW June 2021 event and an analysis of the 32 most extreme PNW heat events between 1960 and 2021. First, large portions of air mass associated with the PNW June 2021 event originated from subtropical regions in the western North Pacific and thus unusually far southern and western compared to previous PNW heat events. Secondly, the moisture uptake and subsequent latent heat release due to condensation along the Meiyu-Baiu-Front and a warm conveyor belt contributed decisively to the intensity of the PNW June 2021 event. Consequently, the potential temperature increased to about 50 °C in Lytton on June 30, 2021, 7 – 11 K above those values during previous most extreme heat events’ peak over the Pacific Northwest. Moreover, the latent heat release, which occurred only before the PNW June 2021 event, contributed to the onset of an intense persistent atmospheric blocking over the Pacific Northwest. In addition, positive soil-moisture-temperature feedback was favored by low moisture conditions and led to the development of a higher boundary layer top on June 30, 2021. Therefore, adiabatic heating by descent and mixing occurred to a greater extent than during previous PNW heat events. Thus, to summarize, two superimposed main driving processes could be identified only during the June 2021 PNW event. This explains why the 2-m temperature maxima on June 30, 2021, over the Pacific Northwest deviated by 5 K or more from previous 2-m temperature records.
Keywords (deu)
Pazifischer NordwestenPNW-Hitzewellelatente Wärmefreisetzungadiabatische Erwärmungblockierendes Hochdruckgebiet
Keywords (eng)
Pacific NorthwestPNW heat eventlatent heat releaseadiabatic heatingatmospheric blocking
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
75 Seiten : Illustrationen
Number of pages
75
Study plan
Masterstudium Meteorology
[UA]
[066]
[614]
Association (deu)
Title (eng)
Energy transport in the atmosphere during an extreme event
Parallel title (deu)
Energietransport in der Atmosphäre während eines extremen Ereignisses
Author
Marcus Rubel
Abstract (deu)
Während der extremen Hitzewelle im Pazifischen Nordwesten im Juni 2021 wurden frühere 2-m-Temperaturrekorde um 5 K oder mehr gebrochen. Die höchste 2-m Temperatur von 49,6 °𝐶 wurde am 30. Juni in Lytton, einem Dorf in der kanadischen Provinz British-Columbia (50,2°N), gemessen. Um der Frage nachzugehen, warum dieses Ereignis derart extrem war, habe ich das Lagrangesche Ausbreitungsmodell FLEXPART angewandt, um Analysedaten von 15-tägigen Rückwärtstrajektorien zu erhalten und um meteorologische Parameter und physikalische Größen entlang dieser zu verfolgen. Diese Masterarbeit beinhaltet eine Fallstudie des PNW-Hitzeereignisses vom Juni 2021 und eine Analyse der 32 extremsten PNW-Hitzeereignisse zwischen 1960 und 2021. Erstens stammen große Teile der Luftmassen, die mit dem PNW-Ereignis im Juni 2021 in Verbindung stehen, von subtropischen Regionen im westlichen Nordpazifik und damit ungewöhnlich weit südlich und westlich im Vergleich zu früheren Hitzeereignissen. Des Weiteren trug die Feuchteaufnahme und die anschließende Freisetzung latenter Wärme durch Kondensation entlang der Meiyu-Baiu-Front und eines Warm Conveyor Belts entscheidend zu der Intensität der PNW-Hitzewelle im Juni 2021 bei. Infolgedessen stieg die potenzielle Temperatur am 30. Juni 2021 in Lytton auf etwa 50 °C und lag damit 7 bis 11 K über den Werten der früheren extremsten PNW-Hitzewellen. Darüber hinaus begünstigte die latente Wärmefreisetzung, die nur vor der PNW-Hitzewelle im Juni 2021 auftrat, die Entstehung eines intensiven anhaltenden blockierenden Hochdruckgebietes über dem Pazifischen Nordwesten. Zusätzlich entwickelte sich aufgrund einer unterdurchschnittlichen Bodenfeuchte, die zu einer positiven Rückkopplung zwischen der Bodenfeuchte und der Temperatur führte, am 30. Juni 2021 eine höhere Grenzschicht. Infolgedessen war die adiabatische Erwärmung durch Senkung und Durchmischung während des PNW-Hitzeereignisses im Juni 2021 intensiver als während früherer PNW-Hitzewellen. Zusammenfassend lassen sich zwei primäre überlagernde Antriebsprozesse nur während des PNW-Ereignisses im Juni 2021 feststellen. Dies erklärt warum die 2-m Temperaturmaxima am 30.Juni 2021 über dem Pazifischen Nordwesten um 5 K oder mehr von den bisherigen 2-m Temperaturrekorden abwichen.
Abstract (eng)
During the extreme Pacific Northwest June 2021 heat wave previous all-time 2-m temperature records were broken by 5 K or more. The highest 2-m temperature of 49.6°C on June 30 was measured in Lytton, a village in the Canadian province British-Columbia (50.2°N). To address the question why this event was so anomalous, I applied the Lagrangian dispersion model FLEXPART to obtain analysis data of 15-day backward trajectories and to trace meteorological parameters and physical quantities along them. This master thesis includes a case study of the PNW June 2021 event and an analysis of the 32 most extreme PNW heat events between 1960 and 2021. First, large portions of air mass associated with the PNW June 2021 event originated from subtropical regions in the western North Pacific and thus unusually far southern and western compared to previous PNW heat events. Secondly, the moisture uptake and subsequent latent heat release due to condensation along the Meiyu-Baiu-Front and a warm conveyor belt contributed decisively to the intensity of the PNW June 2021 event. Consequently, the potential temperature increased to about 50 °C in Lytton on June 30, 2021, 7 – 11 K above those values during previous most extreme heat events’ peak over the Pacific Northwest. Moreover, the latent heat release, which occurred only before the PNW June 2021 event, contributed to the onset of an intense persistent atmospheric blocking over the Pacific Northwest. In addition, positive soil-moisture-temperature feedback was favored by low moisture conditions and led to the development of a higher boundary layer top on June 30, 2021. Therefore, adiabatic heating by descent and mixing occurred to a greater extent than during previous PNW heat events. Thus, to summarize, two superimposed main driving processes could be identified only during the June 2021 PNW event. This explains why the 2-m temperature maxima on June 30, 2021, over the Pacific Northwest deviated by 5 K or more from previous 2-m temperature records.
Keywords (deu)
Pazifischer NordwestenPNW-Hitzewellelatente Wärmefreisetzungadiabatische Erwärmungblockierendes Hochdruckgebiet
Keywords (eng)
Pacific NorthwestPNW heat eventlatent heat releaseadiabatic heatingatmospheric blocking
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Number of pages
75
Association (deu)
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