Wellenpakete und optimale Vektoren in einem quasi-geostrophischen Atmosphärenmodell

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Bei einem vorgegebenen Grundzustand lassen sich Störungen berechnen, die in einem bestimmten Zeitraum so anwachsen, daß die Energieänderung maximal ist. Solche Störungen (als optimale Vektoren bezeichnet) spielen in vielen Anwendungen eine wichtige Rolle, z.B. bei der Vorhersagbarkeit, dem Fehlerwachstum von Prognosen oder bei der Entwicklung persistenter Großwetterlagen. Die optimalen Vektoren besitzen im Gegensatz zu Normalmoden eine sehr lokale Struktur, die häufig an lokale Wellenpakete erinnert. In dem vorliegenden Vorhaben sollen, bei Vorgabe langsam variierender Grundströme, die Wachstumsraten von quasi-geostrophischen Rossbywellenpaketen mit denen von quasi-geostrophischen optimalen Vektoren verglichen werden. Aufgrund der langsamen Variation des Grundstromes kann die WKB-Theorie der Rossbywellenausbreitung verwendet werden, um die am schnellsten wachsenden Wellenpakete zu ermitteln. Ziel des Vorhabens ist es zu untersuchen, ob sich optimale Vektoren als Rossbywellenpakete auffassen lassen, die so im Grundstrom positioniert sind, daß sie innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne maximale Energie aus dem Grundstrom ziehen können. Damit wäre eine physikalisch plausible Interpretation für die Struktur vieler optimaler Vektoren gegeben.