LEIBNIZ-INsTITUT FöUR ATMOsPHöARENPHYsIK e. V. an der ...

Abb. 4.3 Farbverhältnisse für 3 Wellenlängen,
bestimmt aus Lidarmessungen (Romben) und
Mie-Rechnungen (Kurven).
Einerseits kann das RMR Lidar bei 3 Wellenlängen
die Volumen-Rückstreukoeffizienten
der NLC messen, aus denen sich 2 (beobachtete)
Farbverhältnissen berechnen lassen. Andererseits
können solche Farbverhältnisse mittels
der Mie-Theorie (unter Annahme einer monomodalen
log-Normalverteilung und sphärischer
Wassereisteilchen) theoretisch berechnet
werden. In der Abb. 4.3 sind die aus Mie-
Rechnungen bestimmten Farbverhältnisse der
entsprechenden Wellenlängen als farbkodierte
Kurven für verschiedene Medianradien rm und
Verteilungsbreiten σ dargestellt. Während der
NLC-Saison 1998 wurden elf 3-Farben NLC-
Beobachtungen erhalten. Die aus diesen Messungen
berechneten Farbverhältnisse sind als
Romben mit Fehlerbalken in das Feld der mo-
dellierten Farbverhältnisse eingezeichnet. Alle 11 Messungen zentrieren sich um die Verteilungsbreite
σ = 1.4 und den Medianradius rm = 50 nm. Keine Messung liegt ausserhalb des Bereiches
der Mie-Lösungen. Alle Messungen weichen signifikant vom Rayleigh-Streupunkt R ab. Die gefundenen
charakteristischen NLC-Parameter sind:
• Medianradius: rm = 50 nm
• Verteilungsbreite: σ = 1.4
• Teilchendichte: N = 80 cm −3
Abb. 4.4 Idealisierter Transport von Luftund
Eisteilchen.
Um zu einem tieferen physikalischen
Verständnis der Erscheinung der NLC zu
kommen, wurde eine Modellierung mittels
der Kombination eines 3-d globalen Atmosphärenmodells
(COMMA/IAP) und eines
Modells der Bildung und Verdunstung von
Eisteilchen in der Mesopausenregion aufgenommen.
Die Abb. 4.4 zeigt in einem idealisierten
2-d Bild zwischen 50 ◦ und 90 ◦ geographischer
Breite im Höhenbereich 80–100 km den
Bereich der potentiellen Existenz von Eisteilchen
(blaue Punkte), die Bahnen der Luftpakete
(grüne Kurve) und die Bewegung der entstehenden
Eisteilchen (rote Kurve) unter dem
Einfluß der Sedimentation. Danach wird der
Lebenzyklus der Eisteilchen maßgeblich durch
die Geschwindigkeit der Nukleation und der
nachfolgenden Sedimentation bestimmt.
Ausgangspunkt unserer NLC-Modellierung
ist ein Satz von 20 000 Staubteilchen (Kondensationskeime,
graue Teilchen in Abb. 4.5) von
2–4 nm Radius (50 Prozent der Teilchen haben einen Radius zwischen 2–2.5 nm). Diese werden
in ein Startvolumen zwischen 80–90 ◦ N im Höhenbereich 80–90 km eingebracht. Die Trajektorie
jedes Teilchens wird nach einem Lagrange’schen Transportschema berechnet. Als Atmosphärenparameter
wird ein konsistenter 3-d Modell-Datensatz des Hintergrundwindes, der Temperatur
und des Wasserdampfes verwendet. Die Darstellung in Abb. 4.5 zeigt, dass die Bahnen der Eisteilchen
erheblich komplexer sind im Vergleich zur 2-d Betrachtung. Die Horizontaldarstellung