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

len sind. Abb. 31.2 zeigt die Ergebnisse von Lidartemperaturmessungen, die während des Tages
des ECOMA-09-Raketenflugs gemacht wurden. Der entscheidende Vorteil der Lidarmessungen ist,
dass sie kontinuierlich durchgeführt werden können, während hochgenaue In-situ-Messungen nur
punktuell möglich sind. Die Einzelprofile wurden über jeweils 30 Minuten gemittelt. Die gesamte
Messreihe erstreckt sich über die Zeit von 0 bis 8 Uhr.
Die untere Inversionsschicht (zwischen 71 und 73 km Höhe) wurde von 3 Stunden vor bis 1 Stunde
nach dem Raketenstart beobachtet. Ferner deutet sich eine abwärts gerichtete Phasenbewegung
an. Auf Grund eines solchen Verhaltens wurde die untere Schicht nicht als Inversionsschicht, sondern
als Schwerewelle identifiziert.
Anders verhält es sich für die obere Inversionsschicht (zwischen 86 und 89 km Höhe). Sie ist die
ganze Beobachtungszeit, d. h. mindestens 8 Stunden lang, in den Na-Lidar-Messungen zu sehen.
Dies entspricht den typischen Eigenschaften von Inversionsschichten.
Latitude [°]
Longitude [°]
Abb. 31.3: links: Temperaturfeld aus Messungen mit dem MLS-Instrument auf dem Aura-Satellit; rechts:
Flugbahn des Aura-Satelliten während des ECOMA-09-Raketenflugs. Die roten Sterne markieren die Stellen,
wo Inversionsschichten beobachtet wurden. Die orangene Linie und das Quadrat (jeweils links und
rechts) zeigen die Stelle der ECOMA-09-Raketensondierung.
Zusätzlich haben wir mit Hilfe des Satelliteninstruments MLS (Microwave Limb Sounder) an
Bord des Aura-Satelliten die räumliche Ausdehnung der Inversionsschicht untersucht. Die Ergebnisse
sind in Abb. 31.3 dargestellt. Der linke Teil der Abbildung zeigt das gemessene Temperaturfeld
im Höhenbereich von 70 bis 95 km während des ECOMA-09-Raketenstarts, der mit der vertikalen
orangenen Linie markiert ist. Der rechte Teil der Abb. zeigt die Flugbahnen von zwei aufeinander
folgenden Überflügen des Aura-Satelliten (schwarze Pfeile). Die roten Sterne zeigen Positionen, bei
denen MLS eine Inversionsschicht registriert hat. Das orangene Quadrat markiert die Stelle der
ECOMA-09-Raketensondierung.
Höhe [km]
Heizrate [K/day]
Abb. 31.4: links: in situ gemessenes Temperaturprofil (siehe
Abb. 31.1); rechts: Turbulenzmessungen während des
ECOMA-09-Raketenflugs als schwarze Kreuze mit orangenem
Fehlerbalken. Die blauen und roten Profile zeigen Mittelwerte
für polare Breiten für jeweils Winter und Sommer.
Abschließend wurden die gleichzeitigen
In-situ-Turbulenzmessungen mit
dem Temperaturprofil (Abb. 31.4)
verglichen. Es ist zu sehen, dass die
stärksten Turbulenzaktivitäten oberhalb
der oberen Inversionsschicht
auftreten. Die Energiedissipationsrate
von ca. 2 W/kg entspricht einer
Heizrate von ca. 10 K/h, die
laut unabhängiger Modellierung alleine
ausreichen sollte, um solche
Temperaturerhöhungen (d. h. Inversionsschicht)
durch lokale turbulente
Heizung zu erklären.
96