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

1 Übersichtsartikel: Aerosole in der oberen Atmosphäre
(F.-J. Lübken)
In den letzten Jahren ist deutlich geworden, daß Aerosole für die Atmosphärenphysik und -
chemie eine besondere Rolle spielen, und zwar sowohl in der Troposphäre und Stratosphäre, als
auch in den darüber befindlichen Schichten. In diesem Zusammenhang soll der Begriff ” Aerosole“
alle flüssigen und festen Bestandteile der Atmosphäre umfassen. In der Troposphäre tragen Aerosole
in komplexer Weise zum Energiehaushalt der Atmosphäre bei, und zwar sowohl durch die
direkte Wirkung auf die Strahlungsbilanz (Absorption der Sonnenstrahlung) als auch durch zahlreiche
indirekte Mechanismen, wie z. B. durch vermehrte Wolkenbildung aufgrund zusätzlicher
Kondensationskeime. Die einzelnen Effekte sind dabei durch komplizierte Rückkopplungsmechanismen
miteinander verbunden. In der Stratosphäre spielen die als PSC bezeichneten Aerosole
eine entscheidende Rolle bei der Ozonchemie, besonders im Zusammenhang mit dem Ozonloch.
In mittleren und polaren Breiten treten im Sommer in der Mesopausenregion Wassereis-
Teilchen auf, die seit mehr als 100 Jahren als NLC bekannt sind und die auch für die sehr
starken Radarechos (PMSE) verantwortlich sind. Diese Phänomene werden am IAP seit einigen
Jahren intensiv erforscht. Die hierbei eingesetzten Instrumente des IAP (Lidars, Radars, Sensoren
auf Höhenforschungsraketen), sowie die damit erzielten Ergebnisse werden in einer Reihe
von Kapiteln dieses Institutsberichtes vorgestellt:
• Beschreibung der Instrumente (Lidars, Radars, Sensoren auf Höhenforschungsraketen):
Nr. 5, 6, 17, 18, 23, 24
• Messungen von NLC auf ALOMAR: 12, 13
• Messungen von PMSE auf ALOMAR und in mittleren Breiten: Nr. 25, 26, 27, 28
• Messungen von NLC, PMSE, Temperaturen und Kaliumdichten in Spitzbergen: Nr. 9, 10, 11
• Mikrophysikalische und dynamisch/chemische Modellierungen mit COMMA/IAP und mit
CARMA: Nr. 19, 20, 21
Das besondere Interesse an NLC und PMSE ist darin begründet, daß diese Phänomene Zeugen
eines sehr ungewöhnlichen atmosphärenphysikalischen Zustandes sind, nämlich der niedrigsten
Temperaturen in der terrestrischen Atmosphäre überhaupt. Der für NLC und PMSE
relevante Höhenbereich, nämlich die Mesopausenregion im Sommer (ca. 82-90 km), ist experi-
mentell sehr schwierig zu erreichen.
Abb. 1.1: Mit dem SOUSY-Radar in Spitzbergen gemessene
PMSE vom Juli 2001. Man beachte die zahlreichen
wellenartigen Strukturen im Rückstreusignal.
Ein möglichst vollständiges Verständnis
von PMSE und NLC ist Voraussetzung,
um aus diesen Schichten Aussagen
über den thermischen, dynamischen
und kompositorischen Zustand der Hintergrundatmosphäre
ableiten zu können.
So ist z. B. die jahreszeitliche und
höhenabhängige Variation der PMSE in
hohen polaren Breiten praktisch identisch
mit dem Bereich der Übersättigung (d. h.
niedriger Temperaturen), was u. a. bedeutet,
daß andere Erfordernisse für PMSE,
wie z. B. Neutralgasturbulenz, von untergeordneter
Bedeutung sind (s. Kap. Nr.
11). Durch Messungen und Modellrech-
nungen konnte sogar gezeigt werden, daß die Häufigkeit von PMSE auf der Nordhalbkugel durch
das Brechen von planetaren Wellen auf der Südhalbkugel beeinflusst wird (s. Kap. Nr. 41).
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