Universität zu Köln

Diurnal to annual variability of the Atmospheric Boundary Layer over West Africa: A comprehensive view by remote sensing observations

Pospichal, Bernhard (2009) Diurnal to annual variability of the Atmospheric Boundary Layer over West Africa: A comprehensive view by remote sensing observations. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Weather and climate in West Africa are determined by the pronounced contrast between tropical, moist air masses over the Gulf of Guinea in the south and the dry desert climate over the Sahara in the north. The sharp border between the two air masses exhibits a pronounced meridional annual cycle and follows the path of the sun northward. This circulation system is called "West African monsoon". In the past, the knowledge about the factors that control the monsoon and its strength was limited due to the small number of high-quality observations. Therefore, little is known about the reasons for the significant decline of annual rainfall over the Sahel area during the past 40 years which represents the most pronounced climatic signal worldwide. During the past few years, intensive atmospheric observations were performed in the framework of the international project "African Monsoon Multidisciplinary Analyses" (AMMA) in order to obtain high-quality data and to improve the process understanding. This work gathered and analyzed ground-based remote sensing observations which were performed in Benin and Niger during the AMMA field campaigns. These data give an insight into diurnal and annual cycles of atmospheric parameters, such as water vapor, temperature profiles, cloud cover, cloud liquid water content, or wind with a temporal resolution never reached before. Particular attention is paid to the atmospheric water which is recognized to be a critical parameter for many other atmospheric variables, e.g. the vertical temperature distribution, the long-wave radiation balance, and many more. The new type of observations revealed a diurnal cycle of the position of the Intertropical Discontinuity (ITD) prior to the start of the rainy season. The ITD represents the convergence zone at the surface between the dry and hot north-easterly trade winds and the moist and cooler south-westerly monsoon flow. Associated with this sharp front between the two air masses, strong water vapour changes occurred which could be observed in detail. This data set was then used for a comparison with the mesoscale atmospheric model Méso-NH which was run for a case study in April 2006. It is shown that the model reproduces the observed processes quite well, despite the low number of in-situ data which were assimilated in the model. Therefore, the model is suited to describe the processes in the lower atmospheric layers around the ITD.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Wetter und Klima in Westafrika sind geprägt durch den ausgeprägten Kontrast zwischen tropisch-feuchten Luftmassen über dem Golf von Guinea im Süden und dem trockenen Wüstenklima der Sahara im Norden. Die meist scharfe Grenze zwischen den beiden Luftmassen weist einen ausgeprägten meridionalen Jahreszyklus auf und folgt dem Lauf der Sonne nach Norden. Dieses Zirkulationssystem wird ``Westafrikanischer Monsun'' genannt. Das Wissen über die Faktoren, die den Monsun und seine Stärke steuern, war in der Vergangenheit nicht zuletzt durch die geringe Zahl der Beobachtungen beschränkt. Daher war über die Ursache für das deutlichste Klimasignal der letzten 40 Jahre weltweit, nämlich den signifikanten Rückgang der Jahresniederschläge über dem Sahel, bislang noch wenig bekannt. Im Rahmen des internationalen Projekts "Afrikanischer Monsun Multidisziplinäre Analysen" (AMMA) wurden in den vergangenen Jahren umfangreiche Beobachtungen durchgeführt, um diesen bislang bestehenden Mangel an qualitativ hochwertigen Daten zu beheben und dadurch das Prozessverständnis zu verbessern. Diese Arbeit sammelt und analysiert vorwiegend bodengebundene Fernerkundungsmessungen, die während der AMMA Feldmesskampagnen in Benin und Niger durchgeführt wurden. Diese Daten geben einen Einblick in jährliche und tägliche Zyklen verschiedener atmosphärischer Parameter wie Wasserdampf, Temperatur, Wolkenbedeckung, Flüssigwassergehalt der Wolken und Wind mit einer zuvor nie erreichten zeitlichen Auflösung. Der atmosphärische Wassergehalt wird dabei detailliert untersucht, da dieser ein kritischer Parameter für viele andere atmosphärische Größen, wie etwa die vertikale Temperaturverteilung oder die langwellige Strahlungsbilanz ist. Mit den verwendeten neuen Methoden konnte vor dem Beginn der Regenzeit ein Tageszyklus der Lage der innertropischen Front (ITF) beobachtet werden. Die ITF stellt die Konvergenzzone zwischen den trocken-heißen Nordostpassaten und der feuchten und kühleren südwestlichen Monsunströmung dar. An dieser scharfen Luftmassengrenze traten starke tägliche Wasserdampfschwankungen auf, die mit den zur Verfügung stehenden Messgeräten detailliert beobachtet werden konnten. Für eine Fallstudie im April 2006 wurde dieser Datensatz mit den Ergebnissen des mesoskaligen Wettermodells Méso-NH verglichen. Dabei zeigte sich, dass das Modell trotz der geringen Anzahl der In-situ Beobachtungen, die in die Modellanalyse eingingen, die beobachteten Phänomene gut wiedergibt und daher zur Beschreibung der Prozesse um die ITF in den unteren Atmosphärenschichten geeignet ist.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Pospichal, Bernhardpospichal@meteo.uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-29855
    Subjects: Earth sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Westafrika, atmosphärische Grenzschicht, Fernerkundung, westafrikanischer Monsun, MeteorologieGerman
    West African monsoon, atmospheric boundary layer, remote sensing, meteorologyEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Geophysik und Meteorologie
    Language: English
    Date: 2009
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 25 October 2009
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 26 Jan 2010 12:03:54
    Referee
    NameAcademic Title
    Crewell, SusanneProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2985

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