Influence of sudden stratospheric warmings on tropospheric winds

Abstract

The influence of changes in the zonal mean stratospheric potential vorticity, associated with sudden stratospheric warmings, on the zonal mean zonal wind in the troposphere is investigated by piecewise potential vorticity inversion. The focus is on the major sudden stratospheric warming that occurred in January 2009. It is shown that changes in the potential vorticity distribution associated with sudden stratospheric warmings may result in substantially less westerly or more easterly winds in the mid-troposphere in midlatitudes. The potential vorticity changes accompanying the sudden stratospheric warming persist for several months in the lower stratosphere. A comparison of years with and years without a sudden stratospheric warming leads to the conclusion that the change in the zonal mean tropospheric windspeed due to the sudden stratospheric warming can be as large as -5 m s-1 and that this change can easily persist until the end of the winter. Information on the stratospheric potential vorticity distribution may therefore be valuable for winter weather forecasts on a monthly timescale. German Mit plötzlichen stratosphärischen Erwärmungen zusammenvängende Einflüsse von Änderungen der zonal gemittelten stratosphärischen potentiellen Vorticity werden durch stückweise Inversion der potentiellen Vorticity untersucht. Das Schwergewicht liegt auf dem starken Erwärmungsereignis vom Januar 2009. Es wird gezeigt, dass Änderungen in der Verteilung der potentiellen Vorticity, welche mit plötzlichen stratosphärischen Erwärmungen verbunden sind, zu deutlich verringerten westlichen oder mehr östlichen Winden in der mittleren Troposphäre der mittleren Breiten führen können. Die Änderungen der potentiellen Vorticity, die die plötzlichen stratosphärischen Erwärmungen begleiten, halten sich für mehrere Monate in der unteren Stratosphäre. Ein Vergleich von Jahren mit und ohne plötzlicher stratosphärischer Erwärmung zeigt, dass die Änderung der zonal gemittelten troposphärischen Windgeschwindigkeit bis zu -5 m s-1 betragen kann, und dass diese Änderung problemlos bis zum Ende des Winter erhalten bleiben kann. Informationen über die Verteilung der stratosphärischen potentiellen Vorticity können daher wertvoll für Winterwettervorhersagen auf der monatlichen Zeitskala sein.