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

tigung hoch genug, dass auch in den Temperaturmaxima meist kein Abschmelzen stattfindet, beim
späten Wachstum verursachen die gleichen Temperaturschwankungen jedoch Sublimationsphasen.
Die hohe Wachstumsgeschwindigkeit dr
dt
kurz vor Beobachtung (≈ 15 nm/h bei −2 h) und die Sublimationsgeschwindigkeit
danach kommen zustande, weil dr
dt proportional zu (p H 2 O − p ∗ sat) ist und
der H 2 O-Partialdruck p H2 O in 83 km ca. 50-mal größer ist als in 88 km. Die Hauptwachstumsphase
von 20 − 60 nm findet innerhalb von nur 4 Stunden statt und bewirkt ein Ansteigen der Helligkeit
um rund 2 Größenordnungen. Das Temperaturminimum in der Hauptwachstumsphase wird durch
aufwärts gerichteten Vertikalwind verursacht. Dieser wirkt zusätzlich der Sedimentation entgegen
und hält die Eisteilchen in der sehr wasserdampfreichen Schicht um 83 km.
Abb. 11.3 zeigt die Entstehung
der Teilchen. Diese findet nicht
gleichmäßig statt, sondern schubweise.
Vor allem die späten Nukleationsschübe
sind scharf voneinander
abgegrenzt. Eisteilchen entstehen
vor allem, während die mittlere
Übersättigung S = p H 2 O
p sat
der Umgebung
ansteigt. Ausnahmen lassen
sich durch Inhomogenität im
NLC-Volumen erklären: S kann lokal
steigen und Eisbildung ermöglichen,
während es im Mittel über
ein größeres Volumen fällt. Starke
Nukleation tritt vor allem dann
auf, wenn zuvor in einer Phase sehr
niedriger Übersättigung viele Eisteilchen
in der Umgebung sublimiert
sind und deshalb deren Kon-
Abb. 11.3: Alter der NLC aus Abb. 11.1. Oben: Teilchenanzahl
des Ensembles und Nukleationsrate, unten: Übersättigung
und Anzahldichte von Eisteilchen in Umgebung des Ensembles.
densationskeime für erneute Eisbildung
zur Verfügung stehen.
Allgemeine Aussagen über die Vorgeschichte von NLC sind von Belang, da NLC ein Trendindikator
für die Mesosphäre sind und als aktive Tracer von mehreren Einflussgrößen wie Temperatur
und Wasserdampf abhängen, einschließlich deren Variabilität durch Wellen. Das Verständnis der
Bildung von NLC erlaubt daher, aus NLC-Beobachtung auf die Bedingungen bei ihrer Bildung zu
schließen, ohne diese direkt zu messen. Wir führen die Trajektorienuntersuchung für je 50 NLC-
Ereignisse an drei Standorten (69 ◦ N, 78 ◦ N und südlich von 60 ◦ N) aus. Die Trajektorien werden
dabei mit überlagerten Epochen (Beobachtung ist t = 0) analysiert und mit ihrem jeweiligen
Rückstreukoeffizienten bei t = 0 (in etwa β ∝ r 5 ) gewichtet. Damit werden Charakteristika wie
u. a. Teilchenalter und Sichtbarkeitsdauer quantifiziert (Tab. 11.1). Als Sichtbarkeitsdauer definieren
wir die Zeitspanne um die Beobachtung herum, in welcher das Teilchen mehr als 10 % seiner
eigenen beobachteten Helligkeit aufweist. Während das Teilchenalter stark abhängig von der Breite
der Beobachtung ist, ist die Sichtbarkeitsdauer nahezu breitenunabhängig. Sichtbare NLC-Teilchen
werden innerhalb weniger Stunden einige hundert km vom Beobachtungsort entfernt gebildet.
Tab. 11.1: Charakteristika der Entwicklung von NLC-Teilchen mit Verteilungsbreite, gewichtet mit β(t=0)
Breite der Beobachtung < 60 ◦ N 69 ◦ N 78 ◦ N
Radius bei Beobachtung 37,4 ± 8,6 nm 59,5 ± 15,1 nm 61,3 ± 16,1 nm
Teilchenalter 19,3 ± 8,3 h 36,4 ± 16,3 h 63,0 ± 15,0 h
Nukleationshöhe 87,0 ± 1,1 km 87,8 ± 1,6 km 89,4 ± 1,1 km
Nukleationstemperatur 132,5 ± 3,0 K 130,0 ± 4,4 K 124,1 ± 3,6 K
Sichtbarkeitsdauer 4,8 ± 1,5 h 4,5 ± 1,7 h 4,6 ± 2,0 h
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