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

Dezember, wie der Vergleich zeigt. Damit unterscheiden sich unsere Ergebnisse von publizierten
Messungen des Boltzmann-Lidars für den Südpol und Rothera (68 ◦ S). Weder konnte der Halbjahresgang
der Fe-Schicht von Rothera bestätigt werden noch lässt sich der Einbruch der Dichte
Mitte Dezember mit einem Einfluss der Eisteilchen erklären. Abb. 6.1 zeigt deutlich, dass weder
die PMSE-Saison noch die zeitgleich vom Fe-Lidar gemessenen NLC mit dem Einbruch in der
Fe-Dichte korreliert sind.
Vollkommen unerwartet ergaben die Messungen in Davis starke Gezeitensignaturen in allen gemessenen
Parametern. Dies wird besonders deutlich anhand der Fe-Schicht. Die Auswertung zeigt,
dass die Gezeiten zwar sowohl in Phase als auch Amplitude variieren, aber selbst bei Mittelung
über alle Daten eines Jahres noch deutlich hervortreten.
Abb. 6.2: Jahresmittel der Gezeitensignaturen in Fe-Dichte, Temperatur und Vertikalwind
Abb. 6.2 zeigt die Gezeit in der Eisendichte, der Temperatur und dem Vertikalwind im Jahresmittel.
In der Eisendichte ist der Einfluss der Gezeit weit bis in die Thermosphäre hinein bis in Höhen von
über 140 km nachweisbar. Nach unten hin ist die Gezeit bis deutlich unter 80 km sichtbar. Eine
genauere Analyse ergibt aber, dass die Eisendichte dort aufgrund des Einflusses der Sonne auf die
Chemie der Eisenschicht einen Tagesgang aufweist, der sich von der Gezeit unterscheidet. Die Phase
wird dadurch im unteren Teil leicht verschoben. Der Vergleich mit der Temperatur zeigt außerdem,
dass die Variation der Eisendichte im Tagesgang weitgehend in Phase mit der Temperatur ist.
Hohe Dichten treten demnach bei warmen Temperaturen auf. Der Vertikalwind dagegen weist eine
größere Phasenverschiebung von ca. 90 ◦ auf. Während die Eisendichte sich im Tagesverlauf je nach
Höhe um ein Vielfaches ändert, beträgt die Amplitude der Temperaturen im Jahresmittel etwa
2 K und die des Vertikalwindes etwa 10 cm/s. Wesentlich größere Amplituden werden auf kürzeren
Zeitskalen beobachtet und sind damit deutlich größer als von Modellen vorhergesagt. Messtechnisch
gesehen ist dabei die Beobachtung der Gezeit im Vertikalwind am schwierigsten. Diese Messungen
sind die ersten dieser Art weltweit. Weitere Analysen und Experimente müssen jedoch noch zeigen,
ob die beobachtete Dopplerverschiebung nicht von einer der Horizontalkomponenten des Windes
verursacht wird.
Parallel zu den Dopplermessungen bei 386 nm finden Aerosolmessungen bei 772 nm statt.
Erste Ergebnisse zu NLC, PSC und stratosphärischen Aerosolen liegen bereits vor. NLC wurden
erst Ende Dezember bzw. Anfang Januar beobachtet, als die Temperatur in allen Höhen bereits
wieder anstieg (siehe Abb. 6.1). Warum dies so ist, bleibt zu klären. PMSE wurden 2010 erst
ungewöhnlich spät, Anfang Dezember, beobachtet. Die mittlere Höhe der PMSE steigt dabei vorübergehend
um ca. 2 km an, was auf der NH nie beobachtet wurde. Der Vergleich von 6 Jahren
PMSE-Beobachtungen mit NCEP-Winden in 30 hPa für 70 ◦ S deutet darauf hin, dass der Beginn
der PMSE-Saison mit dem Polarvortex zusammenhängt. In Jahren, wo der Vortex erst sehr spät
zusammen bricht, wie 2010/11, erscheinen PMSE ebenfalls erst sehr spät. Inwieweit die Änderung
der Höhe und das Auftreten von PMSE auf den Vortex oder auf ein ungewöhnlichen Jahresgang
der Temperatur zurückzuführen ist und wieso PMSE oberhalb von 92 km überhaupt auftreten
können, müssen erst noch weitere Analysen und Modellrechnungen zeigen.
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