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

8 NLC-Messungen über Kühlungsborn bei Tag und Nacht
(M. Gerding, J. Höffner, M. Kopp, F.-J. Lübken, M. Priester, M. Zecha)
Seit 15 Jahren werden über Kühlungsborn im Sommer systematische Lidarmessungen von NLC
vorgenommen. Da die Sondierungen zumindest für einige Stunden bei Nachtbedingungen durchgeführt
werden, ergibt sich eine sehr hohe Empfindlichkeit der Lidars. So lassen sich auch schwache
NLC detektieren und der Nachteil einer in mittleren Breiten geringen NLC-Häufigkeit zumindest
teilweise ausgleichen. Im Folgenden werden wir die Variation der NLC-Häufigkeit seit Beginn der
Messungen sowie die Abhängigkeit von Umgebungsparametern beschreiben. Im Jahr 2009 gelangen
darüber hinaus erste NLC-Messungen in mittleren Breiten bei Tag, die in den Folgejahren weitergeführt
wurden. Tag-Messungen von NLC erlauben Vergleiche mit sog. Mesosphärischen Sommerechos
(MSE). MSE sind starke Radarechos aus der Mesopausenregion, die in mittleren Breiten
auf die Tagstunden beschränkt sind, da sie neben Eisteilchen eine ausreichende Elektronendichte
voraussetzen. Diese wird in der Regel nur durch Sonneneinstrahlung erreicht. Unterschiede und
Gemeinsamkeiten in NLC- und MSE-Daten werden im zweiten Teil dieses Kapitels beleuchtet.
Seit 1997 wurden über Kühlungsborn während
insgesamt 63 h NLC mit den Lidars beobachtet,
insbesondere mit dem Rayleigh-Mie-
Raman-Lidar (RMR-Lidar) und dem Kalium-
Lidar (K-Lidar). Dieser Datensatz – obwohl im
Vergleich zu polaren Breiten deutlich begrenzt
– bildet die umfangreichste Messreihe von NLC
in mittleren Breiten überhaupt. Da erst seit
2009 NLC-Messungen auch bei Tag möglich
sind, gehen in den langjährigen Datensatz ausschließlich
Nachtmessungen ein, die bis ca. 4 h
lang sind. Die Häufigkeit von NLC schwankt
stark von Jahr zu Jahr (Abb. 8.1). So wurden
z. B. in den Jahren 2000 und 2002 überhaupt
keine, 2009 jedoch über fast 20% der Messzeit
NLC detektiert. Die Sommermittelwerte werden
jeweils von nur wenigen NLC-Ereignissen
gebildet, die zwischen mehreren Minuten und
Abb. 8.1: Häufigkeit von NLC über Kühlungsborn
im Verlauf der Jahre 1997 – 2011 (rote Punkte: Einzelwerte,
Linie: geglättet). Zum Vergleich sind die
mittlere Sommertemperatur und die Wellenaktivität
(jeweils aus Lidarmessungen) sowie die solare Aktivität
(Ly-α-Fluss) dargestellt.
mehreren Stunden lang sind. Da gleichzeitig wetterbedingt nur ein Teil der Sommernächte erfasst
wird, ergibt sich eine gewisse Unsicherheit in der NLC-Häufigkeit. Dieser Unsicherheit wird
durch eine Glättung der Daten über mehrere Jahre Rechnung getragen. Die durchgezogene Linie
in Abb. 8.1 zeigt den entsprechenden Verlauf der NLC-Häufigkeit. Zum Vergleich ist die Variation
der kurzwelligen solaren Strahlung (Ly-α) dargestellt. Im Allgemeinen erwartet man eine Antikorrelation
der NLC-Häufigkeit mit der Ly-α-Strahlung, da der für die Bildung von Eisteilchen
notwendige Wasserdampf durch die Ly-α-Strahlung fotodissoziiert wird. Die 15-jährige Messreihe
von NLC über Kühlungsborn bestätigt dies gut.
Seit 2003 werden Lidar-Messungen der Temperatur bis in die untere Thermosphäre durchgeführt.
Sie ermöglichen Untersuchungen zur Abhängigkeit der NLC von Umgebungsbedingungen.
In Abb. 8.1 ist die mittlere Temperatur in NLC-Höhe für die verschiedenen Sommer gezeigt. Man
erkennt eine Antikorrelation von NLC-Häufigkeit und Temperatur. Generell begünstigen niedrige
Temperaturen über Kühlungsborn also das Auftreten von NLC. Es muss allerdings betont werden,
dass diese Antikorrelation nur im saisonalen Mittel und nicht in Einzelfällen gilt. So werden
vielfach lokal hinreichend niedrige Temperaturen gemessen, ohne dass gleichzeitig NLC auftreten.
In den (ungeglätteten) NLC-Daten fällt eine 2-Jahres-Oszillation zwischen 2004 und 2010 auf.
Diese Oszillation findet sich auch in den Temperaturdaten zwischen 2006 und 2010 und ist vermutlich
eine der Ursachen der NLC-Schwankung. Die sog. Quasi-Zweijährige-Oszillation (engl.
abgekürzt QBO) ist seit langem in der Stratosphäre bekannt. Bisher gibt es jedoch nur wenige
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