Institutsbericht 2010/2011 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

Bedeutung sind (Temperatur, Wasserdampf, Turbulenz, etc.). Das Interesse an NLC und PMSE
liegt darin begründet, dass diese Phänomene die besonderen thermischen und dynamischen Eigenschaften
der sommerlichen Mesopause in mittleren und polaren Breiten widerspiegeln. Neben
experimentellen Untersuchungen mit Lidars, Radars und raketengetragenen Instrumenten werden
Modellrechnungen unterschiedlicher Komplexität zum tieferen Verständnis dieser Phänomene
durchgeführt, z. B. mit den Modellen LIMA und CARMA. Mit LIMA ist es z. B. gelungen, die interhemisphärischen
Unterschiede von Eisschichten zu simulieren und die langfristigen Variationen
der von Satelliten gemessenen Häufigkeit und Helligkeit von NLC zu erklären.
Ein bisher nicht beantworteter Aspekt bei der Erzeugung der o. g. Schichten betrifft den Nukleationsprozess,
von dem allgemein angenommen wird, dass er heterogen an so genannten Meteorstaubteilchen
stattfindet. Zur Untersuchung der Eigenschaften dieser Staubteilchen wurden im
Berichtszeitraum im Rahmen des ECOMA-Projektes insgesamt drei Höhenforschungsraketen bei
gleichzeitiger Anwesenheit mesosphärischer Eiswolken gestartet. Alle diese Höhenforschungsraketen
waren mit einem am IAP entwickelten Partikeldetektor ausgestattet und lieferten Hinweise auf
die Zusammensetzung dieser Partikel, die in Zukunft durch Laboruntersuchungen in Zusammenarbeit
mit dem Physikalischen Institut der Universität Rostock weiter studiert werden sollen. Ferner
gelang es im Berichtszeitraum erstmalig, die dreidimensionale Struktur eines PMWE-Ereignisses
zu vermessen. Die Ergebnisse zeigen einen engen Zusammenhang mit der Dynamik von Schwerewellen
und legen eine enge Beziehung zwischen dem Brechen dieser Wellen und dem Auftreten von
PMWE nahe.
Abschließend sei erwähnt, dass sich das IAP auch um die Quantifizierung des Meteoreintrages
in die Mesopausenregion, also um die Quelle von Meteorstaubpartikeln, bemüht. Dazu werden
sowohl Messungen mit Standard-Meteorradars als auch neuartige Messungen mit MAARSY analysiert.
Kopplung der atmosphärischen Schichten
Ein physikalisches Verständnis einer bestimmten Höhenregion der Atmosphäre erfordert die
Einbeziehung der anderen Höhenregionen. Das IAP widmet sich daher mit Vorrang dem Verständnis
der Kopplung der Schichten bis zur unteren Thermosphäre. Die wichtigsten Fragen betreffen
die Erzeugung, Ausbreitung und das Brechen von Wellen sowie den Transport von Spurengasen.
Wellen und Turbulenz
Atmosphärische Wellen findet man auf sehr unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen.
Die wichtigsten Wellentypen außerhalb der Tropen sind Rossby-Wellen, interne Schwerewellen und
thermische Gezeiten. Diese Wellen werden in der unteren Atmosphäre angeregt, breiten sich vertikal
aus, dissipieren in unterschiedlichen Höhen und treiben so die residuelle Zirkulation an. Wellen sind
damit das zentrale Element der dynamischen Kopplung der Schichten. Jedoch ist unser Verständnis
der relevanten Prozesse, insbesondere was die Verknüpfung der Mesosphäre mit der Tropo- und
Stratosphäre sowie mit der Thermosphäre betrifft, noch unzulänglich. Diese Thematik wird durch
Kombination von Beobachtungen und Modellen bearbeitet und ist auch im Rahmen der „Leibniz
Graduate School for Gravity Waves and Turbulence“ (ILWAO) sowie des Leibniz-Projektes „Longterm
Changes in the Mesosphere“ (LOCHMES) von besonderer Bedeutung.
Mit Hilfe von Metallresonanz/Rayleigh-Lidars und Radars vermessen Mitarbeiter des IAP die
thermische und dynamische Struktur von der Troposphäre bis zur unteren Thermosphäre und leiten
daraus Gezeiten- und Schwerewellenparameter ab. Der vorhandene Datensatz ist inzwischen so
angewachsen, dass auch jahreszeitliche Variationen der Schwerewellenaktivität untersucht werden
können. Aus den Messungen mit dem Fe-Lidar auf ALOMAR und in der Antarktis wurden zum
ersten Mal überhaupt thermische Gezeiten in der polaren MLT-Region abgeleitet. Diese sind um
ein Vielfaches größer als aufgrund von idealisierten Modellrechnungen zu erwarten ist. Dies betrifft
auch die thermischen Gezeiten in Kühlungsborn, wo aufgrund der Tageslichtfähigkeit der Lidars
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