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

11 Zeitliche und räumliche Entwicklung von NLC mit LIMA/Eis
(J. Kiliani, F.-J. Lübken, G. Baumgarten, U. Berger)
Leuchtende Nachtwolken (NLC) werden in einer
Höhe um 83 km beobachtet. Mit dem 3D
Lagrange-Modell LIMA/Eis wird die Entstehungsgeschichte
von NLC untersucht (siehe auch
Kap. 1 und Kap. 10). Dafür werden 50 starke
NLC-Ereignisse im Juli 2009 bei ALOMAR
(69 ◦ N) über deren Rückstreuquerschnitt (β max )
selektiert. Es werden die Trajektorien der großen
Eisteilchen von deren Entstehung bis zur Sublimation
verfolgt. Damit werden die Bedingungen
untersucht, unter denen Eis in der Mesosphäre
entsteht und zu sichtbaren NLC-Teilchen heranwachsen
kann. In Abb. 11.1 ist der Transport
einer NLC gezeigt. Dieser ist vor allem westwärts
gerichtet, mit einer leichten Komponente
südwärts. Die meisten Eisteilchen werden nicht
älter als 60 Stunden, nur wenige erreichen ein
Alter von bis zu 4 Tagen. Die zurückverfolgte
Eiswolke ist zudem sehr kohärent, da nur vertikale
Windscherung Dispersion verursacht.
Abb. 11.2: Entwicklung der NLC aus Abb. 11.1. Oben: Vertikaltransport
und Rückstreusignal, Mitte: Radius und Umgebungstemperatur.
Dicke Linien zeigen mittlere Entwicklung, dünne
Linien sind jeweils 10 Einzeltrajektorien. Unten: Wasserdampf-
Partialdruck und Gleichgewichtsdampfdruck (linke Skala, Linien)
sowie Wachstums- bzw. Sublimationsgeschwindigkeit (rechte Skala,
Schraffierung).
Abb. 11.1: Transport der Teilchen einer NLC,
die am 14.7.2009 bei ALOMAR selektiert wurde:
β-gewichtete Säulenanzahldichte relativ zur deren
Maximum im 6h-Intervall (farbige Felder), 6h-
Schwerpunkt und Verteilungsbreite (Ellipsen) sowie
einige Trajektorien.
In Abb. 11.2 ist die Entwicklung
der Eisteilchen in dieser NLC gezeigt.
Die meisten entstehen knapp
unter der Mesopause, um 88 km.
Das Teilchenwachstum ist anfänglich
langsam (≈ 0,3 nm/h) und
stetig. Etwa 30 Stunden vor der
Beobachtung wird das Wachstum
schneller und weniger gleichmäßig.
Ab dann wechseln sich Phasen
schnellen Wachstums mit Sublimation
ab. Nach diesem Zeitpunkt
wird auch der Abwärtstransport
durch Sedimentation merkbar,
der mit zunehmendem Radius
immer schneller wird. Während
der gesamten Historie ist die
NLC atmosphärischen Wellen mit
einer Periode von ca. 10 Stunden
ausgesetzt. Diese bewirken Temperaturschwankungen
von bis zu
10 K und verursachen Schwankungen
des Gleichgewichtsdampfdrucks
p ∗ sat um bis zu einem
Faktor 20, dieser ist im Unterschied
zum Sättigungsdampfdruck
p sat vom Radius abhängig. Beim
frühen Teilchenwachstum in der
Mesopausenregion ist die Übersät-
54