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

13 NLC über ALOMAR: Gezeiten
(J. Fiedler, G. Baumgarten, U. Berger, G. von Cossart, P. Hoffmann, N. Kaifler, F.-J. Lübken)
Das ALOMAR RMR-Lidar wird seit 15 Jahren regelmäßig für die Beobachtung von NLC eingesetzt.
Die NLC-Saison bei 69 ◦ N reicht von Anfang Juni bis Mitte August. In diesem Zeitraum
wurde von 1997 – 2011 mit dem Lidar ca. 4740 Stunden gemessen, davon zeigten ca. 2090 Stunden
NLC. Dies ist weltweit der umfangreichste mit einem Lidar bestimmte NLC-Datensatz. Die
Messungen zeigen die Variabilität des Auftretens und der Eigenschaften der Eisteilchen auf unterschiedlichen
Zeitskalen. Wir finden sehr intensive und persistente Variationen mit Perioden von 24
und 12 Stunden, deren Ursache den thermischen Gezeiten zugeordnet werden kann.
Abb. 13.1: Tageszeitliche Variationen der NLC-Höhe (z c ), -Helligkeit (β max ) und -Häufigkeit (OF ) aus
RMR-Lidar-Messungen sowie der Temperatur (LIMA) und der Zonalwinde (LIMA, MF-Radar = gestrichelt)
in 83 km über ALOMAR für den integrierten Datensatz von 1997 bis 2010.
Abb. 13.1 zeigt das mittlere tägliche Verhalten grundlegender NLC-Parameter sowie der Temperatur
(LIMA-Modell) und des Zonalwindes (LIMA-Modell, ALOMAR MF-Radar) bei 83 km
über ALOMAR im Sommer. Über den Tag variiert die NLC-Höhe um ca. 1 km, die Helligkeit
um den Faktor 1,7 und die Häufigkeit um den Faktor 2,8. Höhe und Helligkeit sind statistisch
signifikant anti-korreliert, was mit dem Entwicklungsprozess der Eisteilchen erklärbar ist: Während
des Größenwachstums nehmen sie an Masse zu und sinken nach unten. Dadurch sind größere
(hellere) Teilchen im Mittel in geringeren Höhen zu finden. Die identische Phasenlage des Zonalwindes
in Messung und Modell zeigt die gute Reproduktion des Gezeiteneinflusses in LIMA. In
NLC-Höhe berechnet das Modell eine Temperaturgezeit von 3,4 K im Mittel über mehrere Jahre.
Der Zeitraum des häufigsten NLC-Auftretens in den frühen Morgenstunden fällt mit den niedrigsten
Temperaturen und stärksten Ostwinden zusammen. Dies weist auf die starke Modulation
leuchtender Nachtwolken durch atmosphärische Gezeiten hin.
Die Persistenz des tageszeitlichen NLC-Verhaltens weist auf einen relativ stabilen Gezeiteneinfluss
hin, jedoch sind die Gezeitenkomponenten nicht konstant über die Jahre. Für deren Bestimmung
nutzen wir harmonische Fits mit Perioden von 24 und 12 Stunden an die Messwerte. Zur
Erhöhung der statistischen Sicherheit werden die Stundenmittel der NLC-Parameter zuvor jeweils
über 3 Jahre gleitend gemittelt. In Abb. 13.2 sind die Zeitreihen der Amplituden und Phasen der
ganz- und halbtägigen Variationen von NLC-Häufigkeit und -Helligkeit dargestellt. Beide Phasen
der Häufigkeit liegen stabil bei ca. 4 Uhr Lokalzeit, was die Ursache für das regelmäßig erhöhte
NLC-Auftreten in den Morgenstunden ist. Die ganztägige Phase der Helligkeit steigt über den gesamten
Zeitraum monoton um 7 Stunden an. Die halbtägige Amplitude der Helligkeit hat um das
Jahr 2001 herum ein tiefes Minimum, das mit dem Maximum der solaren Aktivität zusammenfällt.
Einige Gezeitenparameter sind also recht konstant, andere hingegen zeigen beträchtliche zeitliche
Variationen, deren Ursachen bis jetzt nicht klar sind.
Diese Variabilität könnte die Interpretation von Messungen beeinflussen, die nur einen Teil
der Tageszeit abdecken. Satelliteninstrumente (z. B. SBUV auf NOAA-Satelliten) fliegen meist in
sonnensynchronen Umlaufbahnen und beobachten NLC nur zu zwei festen Lokalzeiten, die sich
über die Jahre verändern können.
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