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

wichtige Rolle. Die dafür relevanten chemischen Prozesse werden mit Hilfe von LIMA beschrieben.
Bei den Untersuchungen geht es um langfristige Variationen, z. B. im Zusammenhang mit dem
solaren Zyklus.
Langfristige Veränderungen in der mittleren Atmosphäre
Die Untersuchung langfristiger Änderungen der Atmosphäre erfolgt sowohl aus grundlagenwissenschaftlichem
als auch aus umweltpolitischem Interesse. Dabei ist am IAP vor allem die mittlere
Atmosphäre von Interesse, da die hier beobachteten langfristigen Temperaturänderungen zum Teil
erheblich größer sind und sich von der natürlichen Variabilität deutlicher abheben als in Bodennähe.
Im Gegensatz hierzu haben raketengetragene Messungen in polaren Breiten überraschenderweise
keinen Temperaturtrend gezeigt. Es werden die am IAP durchgeführten, langzeitigen Beobachtungsreihen
(Reflexionshöhenmessungen im Langwellenbereich, Radar-Windbeobachtungen und
Ionosondenmessungen) sowie Temperaturmessungen in der polaren Mesosphäre im Hinblick auf
Trends analysiert. In diesem Zusammenhang werden auch die physikalischen Prozesse, die zu der
beobachteten langfristigen Variation von Eisschichten (NLC und PMSE) führen, untersucht. Inzwischen
liegen diese Messungen seit 14 Jahren vor, so dass z. B. Veränderungen mit dem solaren
Zyklus untersucht werden können. Die Messungen zeigen diesbezüglich Variationen, die mit unserem
bisherigen Verständnis der involvierten Prozesse nicht erklärt werden können. Diese Studien
sind u. a. für die im DFG-Schwerpunkt CAWSES behandelten Themen von Bedeutung.
Die Messungen werden begleitet von Untersuchungen mit den Modellen COMMA/IAP und
LIMA. Dabei wurden im Berichtszeitraum zum ersten Mal die Ursachen für die große Diskrepanz
zwischen dem beobachteten und dem modellierten Temperaturtrend in der Mesosphäre aufgespürt.
Es stellt sich heraus, dass neben dem Einfluss von Kohlendioxid auch Prozesse in der Stratosphäre
für Trends in der Mesosphäre wichtig sind. Dies hat zur Folge, dass der Temperaturtrend in den
letzten Jahrzehnten nicht gleichförmig ist, sondern z. B. durch die langzeitliche Entwicklung von
Ozon moduliert wird.
Die langfristige Klimaänderung der Mesosphäre kommt im Wesentlichen durch einen veränderten
Strahlungshaushalt aufgrund erhöhter Kohlendioxidkonzentration und durch dynamische
Veränderungen, die von der Troposphäre ausgehen, zustande. So führt nach Modellsimulationen
des IAP die bodennahe globale Erwärmung zu einer Intensivierung des Lorenz-Zyklus und damit zu
verstärkten Schwerewellenquellen, wodurch sich die Sommermesosphäre rein dynamisch abkühlt.
Ein detailliertes Prozessverständnis der Wechselwirkung dynamischer Effekte mit einem veränderten
Strahlungstransfer wird auf Basis von KMCM im Rahmen des Leibniz-Projektes LOCHMES
erarbeitet.
Weitere wichtige Arbeitsfelder und Methodenentwicklung am IAP
Neben den oben aufgeführten Forschungsschwerpunkten werden weitere wichtige Forschungsgebiete
am IAP bearbeitet und experimentelle und theoretische Methoden weiterentwickelt. Einige
Aspekte dieser Aktivitäten werden im Folgenden kurz beschrieben.
Zur Ableitung verlässlicher atmosphärischer Messgrößen aus Radar- und Lidarverfahren werden
die Mess- und Auswertemethoden ständig weiterentwickelt. Zur weiteren qualitativen Verbesserung
der mittels Metallresonanz- und Rayleigh-Lidars gewonnenen Temperaturprofile wird
die Einsatzfähigkeit bei Tageslicht weiterentwickelt. Hierzu gehören u. a. besonders schmalbandige
spektrale Filter im Nachweiszweig sowie Teleskope mit kleinem Sichtfeld, deren Überlapp mit dem
Laserstrahl durch geeignete Regelungstechnik gewährleistet sein muss. In diesem Zusammenhang
steht auch die inzwischen abgeschlossene Umwandlung des Kaliumlidars zu einem Eisenlidar, mit
dem zurzeit sehr erfolgreich Messungen in der Antarktis (Davis, 69 ◦ S) durchgeführt werden. Die
Verbesserung der Tageslichtfähigkeit des RMR-Lidars in Kühlungsborn wurde im Berichtszeitraum
abgeschlossen. Die vor wenigen Jahren begonnene Neuentwicklung von Windmessungen in
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