On the temperature profile of the lower stratosphere and the sharpness of the tropopause in the extratropics

Abstract

The interaction between the troposphere and the stratosphere is an important part of our planet's climate system. The tropopause, as the boundary between these two layers, occupies a central place in the study of such interaction. The main objective of our doctoral research is to identify the causes for the sharpness of the extratropical tropopause, due to the inversion layer that normally occurs right above the tropopause: ‘tropopause inversion layer’ (TIL). This phenomenon has received much scientific attention; however, it is still not well understood. Since the TIL is part of the lower stratosphere, which is the scenario of seasonal changes in thermal structure, the present study will attempt to develop a simple theoretical model to describe the temperature profile of the lower extratropical stratosphere in different seasons of the year. The empirical tests of the model will be based on radiosonde data dedicated to the measurement of temperature, water vapor and ozone in the upper air, including the stratosphere up to 20-30 km in altitude. On the other hand, the concept of ‘tropopause sharpness’ will be discussed and analysed. In general, the research hopes to clarify the radiative and dynamic factors of the typical sharpness of the extratropical tropopause.

La interacción entre la troposfera y la estratosfera forma una parte importante del sistema climático de nuestro planeta. La tropopausa, en cuanto frontera entre aquellas dos capas, ocupa un lugar central en el estudio de tal interacción. El principal objetivo de nuestra investigación doctoral es identificar las causas de la agudeza de la tropopausa extra-tropical, debida a la capa de inversión que suele ocurrir justo por encima de la tropopausa: “tropopause inversión layer” (TIL). Este fenómeno ha recibido mucha atención científica, todavía no es bien comprendido. Dado que la TIL forma parte de la baja estratosfera, la cual es el escenario de cambios estacionales de la estructura térmica, el presente estudio intentará desarrollar un modelo teórico sencillo para describir el perfil de temperatura de la baja estratosfera extra-tropical en distintas estaciones del año. Las pruebas empíricas del modelo serán basadas en datos de radiosondeo dedicados a la medición de la temperatura, del vapor de agua y del ozono en altitud, incluyendo la estratosfera hasta 20-30 km. Por otra parte, el concepto de agudeza o nitidez de la tropopausa (“tropopause sharpness” en la literatura), será discutido y analizado. En general, con la investigación se espera aclarar los factores radiativos y dinámicos de la agudeza típica de la tropopausa extra-tropical.

A interacción entre a troposfera e a estratosfera é unha parte importante do sistema climático do noso planeta. A tropopausa, como fronteira entre estas dúas capas, ocupa un lugar central no estudo de tal interacción. O principal obxectivo da nosa investigación de doutoramento é identificar as causas da agudeza da tropopausa extratropical, debida á capa de inversión que normalmente acontece logo enriba da tropopausa: “tropopause inversión layer” (TIL). Este fenómeno ten recibido moita atención científica, aínda que non está de todo ben comprendido. Xa que a TIL é parte da baixa estratosfera, que é o escenario para cambios estacionais da estrutura térmica, este estudo tentará desenvolver un modelo teórico simple para describir o perfil de temperatura na baixa estratosfera extratropical en diferentes estacións do ano. As probas empíricas do modelo estarán baseadas en datos de radiosondaxe adicados á medición da temperatura, vapor de auga e ozono en altura, incluíndo a estratosfera ata 20-30 km. Ademais, o concepto de agudeza ou nitidez da tropopausa (“tropopause sharpness” na literatura), será discutido e analizado. En xeral, se espera que a investigación esclarezca os factores radioactivos y dinámicos da agudeza típica da tropopausa extratropical.