Institutsbericht 2002/2003 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

Spurengasverteilungen - Dynamische und chemische Komponente
Die Verteilung der strahlungsaktiven Spurengase in den unterschiedlichen Höhengebieten
ist indirekt über den Strahlungstransport eine Komponente der Kopplung der Höhenschichten.
Diese Verteilungen sind, unterschiedlich in den einzelnen Höhen, stark bestimmt durch
den mittleren Transport und durch die ”turbulente” Mischung. Die dynamischen Kopplungsmechanismen
zwischen den Höhen wirken damit auf die Spurengasverteilungen und induzieren
einen Kopplungsprozess. Um Einzelheiten dieser Kopplungsprozesse zu verstehen, wurde ein
2D-Zirkulationsmodell mit komplexer Chemie entwickelt. Weiter wurden die Mischungsprozesse
in der Stratosphäre und unteren Mesosphäre in Abhängigkeit von den planetarischen Wellenstörungen
untersucht. Mit den von 1960 an zur Verfügung stehenden NCEP-Reanalysen wird
die dekadische Variabilität und der Trend in der längenabhängigen Komponente des Gesamtozons
bestimmt. Einige Spurengase, insbesondere Wasserdampf, spielen bei der Interpretation
von NLC und PMSE eine wichtige Rolle. Die chemischen Prozesse, die bei der globalen Verteilung
der Spurengase bis in die untere Thermosphäre eine Rolle spielen, werden in einem Modell
untersucht. Hierbei geht es auch um langfristige Variationen, z.B. im Zusammenhang mit dem
solaren Zyklus.
Gezeiten und Schwerewellen von der Troposphäre bis zur oberen Mesosphäre
Mit Hilfe von Metallresonanz- und Rayleigh-Lidars sowie Radars vermessen Mitarbeiter des
IAP die thermische und dynamische Struktur von der Troposphäre bis zur unteren Thermosphäre
in verschiedenen Breiten, aus denen Gezeiten und Schwerewellenparameter abgeleitet
werden. Hinzu kommen NLC-Messungen mit einem Rayleigh/Mie-Lidar, die ebenfalls Gezeitenstrukturen
aufweisen. Außerdem werden Informationen über Schwerewellen aus Radiosondenaufstiegen
abgeleitet und mit dem MM5-Modell simuliert. Diese Beobachtungen werden mit Hilfe
verschiedener Modelle interpretiert. Die Ansätze zur Schwerewellenparametrisierung werden im
Rahmen von mechanistischen Modellen in ihrer Wirkung auf die Zirkulation der Mesosphäre
untersucht. Darüber hinaus werden allgemeine Zirkulationsmodelle eingesetzt, um den Einfluss
der troposphärischen Wärmequellen und deren Variabilität auf die Gezeiten zu bestimmen. Ziel
dieser Untersuchungen ist es, Mechanismen der Kopplung der Atmosphärenschichten durch die
Gezeiten und Schwerewellen zu bestimmen.
Trends in der mittleren Atmosphäre
Die Untersuchung langfristiger Änderungen der Atmosphäre erfolgt sowohl aus grundlagenwissenschaftlichem
als auch aus umweltpolitischem Interesse. Dabei sind nicht nur die bodennahen
Schichten der Erdatmosphäre von Interesse, in denen kleine Trends wegen der großen natürlichen
Variablität der Atmosphäre nur schwer nachweisbar sind, sondern vor allem die mittlere
Atmosphäre, in der Trendanalysen leichter möglich sind, da die hier beobachteten langfristigen
Temperaturänderungen in mittleren Breiten erheblich größer sind und sich von der natürlichen
Variabilität deutlicher abheben als in Bodennähe. Im Gegensatz hierzu haben raketengetragene
Messungen in polaren Breiten überraschenderweise keinen Temperaturtrend gezeigt. Es werden
die am IAP durchgeführten, langzeitigen Beobachtungsreihen (Reflexionshöhenmessungen
im Langwellenbereich, Radar-Windbeobachtungen und Ionosondenmessungen) sowie Temperaturmessungen
in der polaren Mesosphäre im Hinblick auf Trends in der oberen Atmosphäre
untersucht. Mitarbeiter des IAP beschäftigen sich in diesem Zusammenhang auch mit den physikalischen
Prozessen, die zu der beobachteten Häufigkeitszunahme von NLC führen. Die Beobachtungen
werden begleitet von Untersuchungen mit einem mechanistischen Modell, womit die
möglichen Ursachen für die große Diskrepanz zwischen dem beobachteten und dem modellierten
Temperaturtrend in der Mesosphäre aufgespürt werden sollen.
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