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

10 Temperatur- und NLC-Trends mit LIMA/Eis
(U. Berger, F.-J. Lübken, G. Baumgarten, J. Fiedler)
Die polare Mesopausenregion im Sommer ist
ein Bereich der oberen Atmosphäre, in dem
die sog. leuchtenden Nachtwolken (noctilucent
clouds, NLC) existieren können. Sie treten
typischerweise in Höhen von 83±2 km
auf. NLC verdanken ihre Existenz der Tatsache,
dass die Luft im Mesopausenbereich
extrem kalt wird, so dass die Anwesenheit
selbst sehr geringer Mengen von Wasserdampf
dazu ausreicht, kleinste Eispartikel
zu bilden. Typischerweise steigt die Häufigkeit
des Auftretens der Wolken von einigen
Nächten pro Sommer bei Kühlungsborn
(54 ◦ N) auf etwa 1/3 aller Nächte bei
ALOMAR (69 ◦ N) an.
Welche Informationen über die Atmosphäre
im Mesopausenbereich können wir
aus Beobachtungen dieser Wolken gewinnen?
Es ist insbesondere die Höhe einer
NLC, die sich mit guter Genauigkeit messen
Abb. 10.1: Mit Lidars gemessene NLC-Höhen (blaue
Punkte) und historische Messungen von ca. 1890 (roter
Punkt). LIMA-Resultate für NLC-Höhen (grüne Linie)
und Sommer-Temperaturen (schwarze Linien) für
1997–2007.
lässt. Ferner gibt es Höhenmessungen von NLC über einen Zeitraum von über 100 Jahren. Diese
stellen vermutlich die längste Reihe quantitativer Messungen für einen Parameter der oberen Atmosphäre
dar. Die erste Serie solcher Höhenmessungen mittels fotografischer Triangulation wurde
in den Sommern der Jahre 1889–1891 von O. Jesse durchgeführt. In Abb. 10.1 werden die mit modernen
Lidars gemessenen NLC-Höhen mit den frühen Triangulations-Ergebnissen verglichen. Der
Mittelwert der Messungen von Jesse hat eine Höhe von 82,4 km. Die modernen Lidar-Messungen
aus den Jahren 1997–2007 verlaufen von hohen zu mittleren Breiten über Longyearbyen (78 ◦ N),
ALOMAR (69 ◦ N), Søndre Strømfjord (67 ◦ N) und
Kühlungsborn (54 ◦ N). Abbildung 10.1 zeigt zunächst,
dass für alle Beobachtungsorte die mittleren
gemessenen NLC-Höhen in einem engen Höhenband
von 82,1 km bis 83,5 km dicht beieinander
liegen und zwar bei Temperaturen zwischen
146 und 150 K. Zudem erkennt man in
Abb. 10.1 eine gute Übereinstimmung der aus
LIMA/Eis berechneten NLC-Höhen mit den beobachteten
Werten. Vergleicht man die historischen
Höhenmessungen von Jesse mit den nächstgelegenen
Lidar-Stationen Kühlungsborn (82,8 km) bzw.
ALOMAR (83,2 km), so finden wir fast identische
NLC-Höhen. Damit liegt der früheste Triangulationswert
(nunmehr 110 Jahre älter als der erste
Lidarwert) so nahe an den modernen Lidar- und
Abb. 10.2: Korrelation der mittleren NLC-
Höhen gegen mittlere Temperaturen bei 83 km,
berechnet mit LIMA/Eis.
LIMA/Eis-Ergebnissen, dass keine signifikante Abweichung des alten von den modernen Höhenwerten
vorliegt: Die Höhe der NLC hat sich im vergangenen Jahrhundert nicht messbar verändert.
Wir wissen aus Modellrechnungen, dass die Höhe der NLC hochsignifikant in einem linearen
Zusammenhang mit der Umgebungstemperatur in NLC-Höhen steht (siehe Abb. 10.2). Wir können
also umgekehrt schlussfolgern: Hätte sich die Atmosphäre in NLC-Höhen in den letzten 100 Jahren
merklich abgekühlt, so hätte man ein signifikantes Absinken der NLC-Höhen beobachten müssen,
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