Original paper

Instantaneous fluctuations of temperature and moisture in the upper troposphere and tropopause region. Part 1: Probability densities and their variability

Gierens, Klaus; Kohlhepp, Regina; Dotzek, Nikolai; Smit, Herman G.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 16 No. 2 (2007), p. 221 - 231

published: May 7, 2007

DOI: 10.1127/0941-2948/2007/0197

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ArtNo. ESP025011602009, Price: 29.00 €

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Abstract

Using nine years (1995-2003) of MOZAIC temperature and humidity data, we analyse the statistics of instantaneous fluctuations of temperature, relative and absolute humidity with various spatial resolutions. We determine the probability density functions (p.d.f.s), their low order moments up to kurtosis, and study how these quantities vary with spatial resolution and with the background mean relative humidity. Seasonal and geographical variations are considered. Bivariate distributions of joint fluctuations of temperature and relative humidity are presented as well. These investigations are thought to provide an observational basis for the validation of statistical cloud schemes for large-scale models. For instance, we can show that temperature fluctuations cannot be neglected in such a scheme and that the bivariate distributions of simultaneous fluctuations of temperature and humidity have to be taken into account.

Kurzfassung

Instantane Fluktuationen von Temperatur und relativer Feuchte auf verschiedenen räumlichen Skalen werden mit Hilfe von MOZAIC Daten aus neun Jahren (1995-2003) untersucht. Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen werden bestimmt, deren Momente bis zur vierten Ordnung (d.h. Varianz, Schiefe, und Wölbungsmaß), sowie die Abhängigkeit dieser Größen von der räumlichen Auflösung und der mittleren relativen Feuchte. Saisonale und geographische Unterschiede werden betrachtet. Bivariate Verteilungen gemeinsamer Fluktuationen von Temperatur und relativer Feuchte werden ebenfalls präsentiert. Diese Untersuchung soll die Datengrundlage für Validationszwecke von statistischen Wolkenschemata für groß-skalige Modelle liefern. Wir zeigen beispielsweise, dass in einem solchen Schema Temperaturfluktuationen nicht vernachlässigt werden können, und dass man die bivariaten Verteilungen gleichzeitiger Fluktuationen von Temperatur und Feuchte verwenden muss.