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The 11-year solar cycle, the 27-day Sun's rotation and the area of the stratospheric Aleutian high

Soukharev, Boris; Labitzke, Karin

Meteorologische Zeitschrift Vol. 10 No. 1 (2001), p. 29 - 36

published: Mar 15, 2001

DOI: 10.1127/0941-2948/2001/0010-0029

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Abstract

The effect of the 11-year solar cycle on the 30-hPa geopotential height and temperature fields in the area of the Aleutian high caused by solar activity oscillations resulting from the Sun's rotation (27.2 d) is investigated, applying methods of statistical cross-spectral analysis to daily data for the period from 1965 to 1998. The area of the stratospheric Aleutian high is considered as an 'indicator' of the solar influence on the winter stratosphere proceeding from the results by LABITZKE and VAN LOON (1988), and VAN LOON and LABITZKE (1990). An effect of the 11-year solar cycle on the response of the summer middle stratosphere to solar activity oscillations on the time scale of the Sun's rotation is not found. In contrast to summer, the atmospheric responses in winter demonstrate clear differences between maximum and minimum of the 11-year solar cycle for the 27.2 d solar rotation periodicity and for the two other oscillations of 29.4 d and 25.3 d, resulting from the modulation of the 27.2 d solar-induced periodicity by the annual atmospheric variation. The atmospheric response for the fourth periodicity studied, the 17 d oscillation, which is supposed to be a normal mode of the atmosphere, close to the known 16-day wave (MADDEN, 1978), also shows a clear dependence on the 11-year solar cycle. For all the periodicities studied the coherence between the 10.7 cm solar radio flux and the 30-hPa height/temperature fields in the Aleutian high area in winter is on the average stronger at maxima than at minima of the 11-year solar cycle. The corresponding amplitudes of the solar-induced geopotential height and temperature perturbations are also larger at high than at low solar activity, with the largest differences revealed at the moderate and polar latitudes. Thus, we conclude that the response of the winter 30-hPa height/temperature fields in the area of the Aleutian high to solar oscillations on the time scale of the Sun's rotation is on the average stronger at high than at low solar activity. We suppose that the influence of the 11-year solar cycle on the stratospheric Aleutian high area includes the modulation of the intensity of interaction between the solar induced 27 d oscillation and seasonal atmospheric variations.

Kurzfassung

Die Auswirkung des 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus auf die Felder von Geopotential und Temperatur in 30 hPa im Gebiet des Alëutenhochs, verursacht von Schwankungen in der Sonnenaktivität durch die Rotation der Sonne (27,2 Tage) wurde untersucht. Dabei kamen die Methoden der statistischen Kreuzspektrumanalyse auf tägliche Daten aus der Periode 1965-1998 zur Anwendung. Das Gebiet das Alëutenhochs wird als 'Indikator' für den Einfluss der Sonne auf die winterliche Stratosphäre angesehen, was auch in Resultaten von LABITZKE und VAN LOON (1988) sowie VAN LOON und LABITZKE (1990) ersichtlich ist. Eine Auswirkung des 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus auf die Reaktion der sommerlichen mittleren Stratosphäre bezüglich der Schwankungen der Sonnenaktivität wurde im Zeitbereich der Sonnenrotation nicht gefunden. Im Gegensatz zum Sommer zeigen die Reaktionen der Atmosphäre im Winter deutliche Unterschiede zwischen Maximum und Minimum des 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus' für die 27,2-Tage-Periodizität der Sonnenrotation und für zwei weitere Schwingungen mit 29,4 und 25,3 Tagen. Sie stammen von der Modulation der sonneninduzierten 27,2-Tage-Periodizität durch die jährliche atmosphärische Variation. Auch bei der vierten untersuchten Periodizität, 17 Tage, die eine Normalmode der Atmosphäre sein soll, nahe bei der bekannten 16-tägigen Welle (MADDEN, 1978), zeigt die Reaktion der Atmosphäre eine deutliche Abhängigkeit vom 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus. Für alle untersuchten Periodizitäten ist die Kohärenz zwischen dem 10,7 cm Radiowellenfluss der Sonne und den 30-hPa Geopotential/Temperaturfeldern in der Umgebung des Alëutenhochs im Winter im Mittel bei Maxima des 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus' stärker als bei dessen Minimum. Die entsprechenden Amplituden der von der Sonne hervorgerufenen Störungen bei Geopotential und Temperatur sind bei hoher Sonnenaktivität ebenfalls größer als bei niedriger, wobei sich die stärksten Unterschiede in den mittleren und polaren Breiten zeigen. Somit schließen wir, dass die Reaktion der winterlichen 30-hPa Geopotential/Temperaturfelder im Gebiet des Alëutenhochs auf Schwankungen der Sonnenaktivität im Mittel bei hoher Sonnenaktivität stärker ist als bei niedriger. Wir nehmen an, dass der Einfluss des 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus' auf das Gebiet des stratosphärischen Alëutenhochs auch die Modulation der Intensität der Wechselwirkung zwischen sonneninduzierter 27-Tage-Schwingung und jahreszeitlichen Schwankungen der Atmosphäre umfasst.