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

nicht notwendigerweise erfüllt sein muß, d. h. man beobachtet im Einzelfall starke Übersättigung,
jedoch keine PMSE und keine NLC, insbesondere oberhalb von etwa 87 km.
94
92
90
88
86
84
82
80
01 02 03 05 06 07 09 10 11 12 13 15
78
16/07 23/07 30/07 06/08 13/08 20/08 27/08
16 17 1819 21
In Abb. 11.2 ist die jahreszeitliche Varia-
80
tion der über einen Tag gemittelten PMSE-
70
Häufigkeit dargestellt. Man erkennt, daß sich
60
die PMSE auf einen Höhenbereich von ca. 82
50
bis 92 km erstrecken und bis Mitte August
40 praktisch permanent vorhanden sind (der Be-
30 ginn der PMSE-Saison liegt im Mai und
20 wurde erst in den Jahren nach der ROMA-
10 Kampagne systematisch vermessen). Bis En-
0 de August verschwinden die PMSE. Um den
15. August ist es eine deutliche Abnahme
Abb. 11.2: Jahreszeitliche Variation der Häufigkeit
von PMSE (farbig). Die schwarzen Isolinien markie-
der PMSE-Häufigkeit zu erkennen, deren Urren
den Übergang von Über- zu Untersättigung (also sache noch nicht geklärt ist. In Abb. 11.2
T=Tf), wobei die Temperaturen der fallenden Ku- sind auch Linien eingezeichnet, die den Übergeln
und H2O-Werte aus Modellen verwendet wurde. gang von Über- zu Untersättigung markieren,
Um den Einfluß der Temperaturen zu demonstrieren, also T=Tf. Wiederum wurden verschiedene
wurden diese um ±5 K variiert (gestrichelte Linien). H2O-Profile verwendet (s.o.). Man erkennt
deutlich, daß die jahreszeitliche Variation von
PMSE sehr gut mit dem Bereich der Übersättigung übereinstimmt, der praktisch vollständig
durch die thermische Struktur und in weitaus geringerem Maße durch die Wasserdampfkonzentration
bestimmt wird. PMSE treten im Mittel also praktisch immer auf, wenn die Temperaturen
niedrig genug sind, während andere Voraussetzungen für PMSE, wie z. B. Turbulenz oder
genügend viele freie Elektronen, weit weniger Einfluss auf die Ausbildung von PMSE haben.
In Abb. 11.3 ist eine gleichzeitige Messung
einer PMSE und einer NLC dargestellt.
Man erkennt, daß die Unterkanten der
NLC- und der PMSE-Schicht sehr gut übereinstimmt
(teilweise innerhalb der kombinierten
Höhenauflösung der beiden Instrumente),
während sich die PMSE im Vergleich
zur NLC weiter nach oben erstreckt. Die
gute Übereinstimmung der Unterkanten von
NLC und PMSE ist auch deswegen bemerkenswert,
weil das Lidar in 80 km nur einen
Durchmesser von ca. 20 m abdeckt, während
das SOUSY-Radar Signale aus einem Be-
Abb. 11.3: Gleichzeitige Messung einer PMSE (farreich mit einem Durchmesser von ca. 6000 m
big) und einer NLC (schwarze Konturlinien) am 5/6
empfängt. Dies deutet auf eine Homogenität
August 2001 in Spitzbergen.
der Schichten über mindestens mehrere Kilometer
hin. Die in Abb. 11.3 gezeigte Höhenabdeckung von PMSE und NLC ist typisch für
Spitzbergen und ist wie folgt zu verstehen: Eisteilchen beginnen an der Mesopause (ca. 90 km)
zu wachsen, sedimentieren in niedrigere Höhen und verdampfen, wenn sie in ca. 82 km Temperaturen
oberhalb von etwa 150◦ K vorfinden. Solange die Eisteilchen noch kleiner als ∼20 nm
sind, kann man sie mit dem Lidar nicht nachweisen. Sie können sich aber aufladen und dadurch
die Eigenschaften des Plasmas derart beeinflussen, daß es zu PMSE kommt. Es wird in Zukunft
darum gehen, die Messungen in Spitzbergen in Zusammenhang mit unserem jetzt verbesserten
Verständnis von NLC und PMSE zu nutzen, um weitere, geophysikalisch relevante Eigenschaften
der Mesopausenregion in polaren Breiten abzuleiten und Schlußfolgerungen über die thermische
und dynamische Struktur der Hintergrundatmosphäre zu ziehen.
height (km)
occurrence (in %)
51