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

z. B. bei 10 Kelvin Abkühlung ein Absinken um ca. 2 km. Aus der Konstanz der Höhe schließen
wir somit auch auf eine Konstanz der Umgebungstemperatur.
Gegenwärtig gibt es nur wenige Langzeitmessungen der Temperatur im Bereich der Mesosphäre.
Diese Daten decken außerdem nicht hohe und polare Breiten ab. Verfügbar ist ein Satellitendatensatz
(SSU) ab 1979, der aber nur Höhen bis 50 km erreicht. Weiterhin gibt es Langzeitmessungen
der Temperatur von einer Lidar-Station in Frankreich (Höhenbereich 30–80 km; ab 1979) und seit
1959 Phasenhöhenmessungen von Radiowellen am IAP in Kühlungsborn (siehe Kap. 11). Analysiert
man diese Datensätze auf Temperaturtrends, so ergeben sich relativ große Trendwerte im
Bereich von 2–4 K/Dekade im Höhenbereich 50–75 km. Extrapoliert man diese Trends auf polare
Breiten in die NLC-Region und auf die zurückliegenden 100 Jahre, so sollte man eine erhebliche
Änderung in den NLC-Höhen feststellen. Insofern ist unser Resultat der Konstanz der NLC-Höhe
sicherlich unerwartet.
Abb. 10.3: Temperaturabweichungen vom langjährigen Sommermittel
(Mai–August) in 82 km Höhe über ALOMAR mit
LIMA; nur ECMWF-Trend (grün), ECMWF-Trend plus CO 2 -
Trend (blau), ECMWF-Trend plus CO 2 -Trend plus O 3 -Trend
(rot). Die Daten der Jahre 1975/76 werden ignoriert wegen Fehlern
in den ECMWF-Daten. Die Balken (rot) zeigen den linearen
Trend für 1961–1979, 1979–1997 und 1997–2009. Die Variation
von O 3 (schwarz) ist nach WMO (2011).
Wie sehen nun die mit LIMA
berechneten Temperaturtrends in
NLC-Höhen aus? In Abb. 10.3
zeigen wir den Verlauf der mit
LIMA berechneten Temperaturabweichung
vom langjährigen Sommermittel
(Mai–August) bei 82 km
Höhe für ALOMAR über die letzten
60 Jahre. Wir können drei
Zeitperioden mit unterschiedlichen
Trends identifizieren: den Zeitraum
1961–1979 mit annähernd unveränderten
Temperaturen, den Zeitraum
1979–1997 mit einer Abkühlung
von ca. −6 K und den Zeitraum
1997–2009 mit einer Erwärmung
von ca. +4 K. Die Änderungen
der Temperaturen bedeuten
für die mittleren NLC-Höhen, dass
diese von 1979 bis 1997 um 1,25 km
gesunken und anschließend von
1997 bis 2009 um 0,8 km gestiegen
sind. Als Netto-Höhenänderung ergibt
sich ein Absinken von ca. 0,5 km. Wir können spekulativ die Konstanz der Temperatur im
Zeitraum 1961–1979 weiter in die Vergangenheit bis ca. 1890 fortsetzen. Unter dieser Annahme
ergibt sich dann auch eine sehr ähnliche NLC-Höhe, wie sie vor mehr als 100 Jahren von Jesse
gemessen wurde.
Was ist die Ursache für die Unterschiede in den Temperaturtrends? Auffällig ist, dass die
zeitliche Entwicklung des stratosphärischen Ozons gut mit dem Temperaturverlauf der LIMA-
Simulation mit ECMWF/CO 2 /O 3 -Trends korreliert ist. Sowohl der starke Abfall der Temperaturen
im Zeitraum 1979–1997 als auch der folgende Anstieg wird also durch den stratosphärischen
Ozontrend bestimmt. Wir erweitern nun die Trendanalyse auf den gesamten Höhen- und Breitenbereich
der Sommermesopausenregion für die Zeiträume 1979–1997 und 1997–2008, siehe Abb. 10.4.
Der Vergleich der beiden Zeiträume zeigt, dass die Umkehr des Temperaturtrends um das Jahr
1997 nicht nur auf die Lidar-Station ALOMAR beschränkt ist, sondern von 40 ◦ N bis 90 ◦ N auftritt.
Damit sollten alle Messungen von NLC-Höhen aus unterschiedlichen Breitenpositionen einheitlich
in ihrem Trendverhalten zu interpretieren sein.
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