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

5 Leuchtende Nachtwolken in 54 ◦ N: Beobachtung und Modellierung
(M. Alpers, M. Gerding, J. Höffner, J. Schneider)
Leuchtende Nachtwolken (engl.: Noctilucent Clouds = NLCs) werden hauptsächlich in polaren
Breiten jenseits von 60 ◦ beobachtet. Gelegentlich dehnt sich das NLC-Gebiet jedoch bis in
mittlere Breiten aus. Kühlungsborn (54 ◦ N) liegt an der südlichen Grenze der Region, in der die
mesosphärischen Temperaturen tief genug für eine Eisteilchenexistenz sind. Die Häufigkeit von
NLCs direkt über dem IAP ist daher wesentlich kleiner als beispielsweise auf der polaren Breite
des ALOMAR-Observatoriums (69 ◦ N).
Abb. 5.1 Normierte und entfernungskorrigierte
Rückstreuprofile der ersten
Fünffarbenmessung einer NLC (13./14.
Juni 1998, 23:00-23:30 UT), gemessen
mit den Lidars des IAP am Standort
Kühlungsborn (54 ◦ N).
Im Sommer 1997 wurden mit den IAP-Lidars
über Kühlungsborn vier NLCs nachgewiesen, in den
Sommern 1998 und 1999 dagegen nur jeweils eine.
Das IAP verfügt in Kühlungsborn über mehrere Lidarsysteme
mit inzwischen sieben Wellenlängen (s.
Kap. 2). Die Sommernächte in Kühlungsborn sind
dunkel genug, um auf kostspielige Filter zur Unterdrückung
des Sonnenlichtes verzichten zu können.
Damit besteht hier eine hervorragende Möglichkeit
zur Vielfarben-Lidaruntersuchungen von leuchtenden
Nachtwolken.
Im Sommer 1998 konnte unter Verwendung des
IAP RMR-Lidars und der Wellenlängen des Multi-
Metall-Lidars erstmals eine NLC mit fünf Lidarwellenlängen
simultan und im gleichen Luftvolumen
untersucht werden (Abb. 5.1). Zur Berechnung der
Größenparameter der NLC-Wolkenteilchen aus den
Rückstreusignalen auf den fünf Lidarwellenlängen
wurden folgende Annahmen gemacht:
1. Die NLC-Teilchen bestehen aus Wassereis.
2. Es handelt sich um sphärische Teilchen.
3. Es wird eine monomodale Lognormalverteilung
der Teilchengrößen angenommen.
Unter Verwendung dieser Annahmen wurden Mie-Rückstreuquerschnitte für sphärische Wassereisteilchen
als Funktion von Medianradius rm und Verteilungsbreite σ berechnet. Hierbei
wurden die Algorithmen von Bohren and Huffman (John Wiley, New York, 1983) und die Brechungsindices
von Warren (Appl. Opt., 1984) verwendet. Für die Höhe z und das Zeitintervall
∆t konnten nun für die einzelnen Wellenlängen NLC-Teilchenzahldichten nNLC berechnet und
daraus der wahrscheinlichste Parametersatz σ, rm, NNLC bestimmt werden (Abb. 5.2). Das
Verfahren beinhaltet folgende Schritte:
1. Berechnung von nNLC als Funktion von σ und rm separat für alle beteiligten Wellenlängen
(Abb. 5.2a).
2. Berechnung der mittleren Teilchenzahldichte n und deren Standardabweichung dn/n aus
allen nNLC als Funktion von σ und rm (Abb. 5.2b).
3. Bestimmung des absoluten Minimums von dn/n aller Kombinationen von σ und rm.
Dies ist die Parameterkombination, bei der die Dichteabweichungen der beteiligten Wellenlängen
am kleinsten sind. Dieses Paar σ, rm und die mittlere Dichte N sind der Parametersatz
mit der größten Lösungswahrscheinlichkeit.