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

12 Beobachtungen leuchtender Nachtwolken in 69 ◦ N von 1997
bis 2003
(J. Fiedler, G. Baumgarten, G. von Cossart, S. Loßow, A. Schöch, U. von Zahn)
Leuchtende Nachtwolken (NLC) sind sichtbare Zeichen für einen extremen Zustand der Erdatmosphäre.
Sie treten im Sommer in hohen geographischen Breiten im Höhenbereich zwischen 80
und 90 km auf und sind an das Vorhandensein von Wasserdampf in Kombination mit sehr niedrigen
Temperaturen gebunden. Letztere können auf Werte bis zu -140 ◦ C absinken und liegen
damit deutlich unter der Strahlungsgleichgewichtstemperatur. Bei diesen Temperaturen kann
die Entstehung von Eisteilchen trotz des geringen Wasserdampfgehaltes bewirkt werden. NLC
werden seit nahezu 120 Jahren visuell beobachtet, seit einiger Zeit auch mit Fernerkundungstechniken
(wie Satelliten, Lidars) und in situ Messungen mittels Höhenforschungsraketen. Die
Benutzung eines Lidargerätes bietet als Vorteil die Kombination sowohl langfristiger Messreihen
mit einer hohen Empfindlichkeit, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bei der Bestimmung
grundlegender Parameter von NLC-Schichten als auch die Möglichkeit der Ableitung von Teilcheneigenschaften.
Diese Möglichkeiten sind insbesondere zur Untersuchung der Variabilität der
NLC, wie sie unter anderem durch den solaren Einfluss und von Schwerewellen erzeugt wird,
von Bedeutung.
Mit dem ALOMAR
RMR Lidar ist ein nunmehr
7 jähriger Datensatz
kontinuierlicher NLC-Beobachtungen
entstanden. Er
enthält bei 1880 Stunden
Messzeit 640 Stunden NLC
Signaturen und ist damit
der umfangreichste lidargemessene
NLC-Datensatz
überhaupt. Abbildung 12.1
zeigt die zeitliche und vertikale
Verteilung des maximalenVolumenrückstreukoeffizienten
(BSC, Einheit
10 −10 m −1 sr −1 ) der NLC-
Teilchen, einem Maß für
die Intensität bzw. Helligkeit
der Wolken, in ver-
Abb. 12.1: Verdichtete Darstellung der NLC-Helligkeit in Form des
maximalen Volumenrückstreukoeffizienten bei 532 nm für die Jahre 1997
bis 2003 (Erklärungen siehe Text), sowie Frostpunkttemperaturen aus
Modellen von Körner & Sonnemann 2001 (durchgezogen) und von Zahn
& Berger 2003 (gestrichelt).
dichteter Form. Hierbei wird innerhalb der dargestellten Zeitauflösung von 6 Stunden in jeder
Höhe der maximale Intensitätswert aller in die jeweilige Zeitscheibe fallender Höhenprofile
farbkodiert dargestellt. Dies ergibt eine konstruierte hellste Wolke als Funktion der Höhe und
Jahreszeit für 1997 bis 2003. Anfang und Ende der NLC-Saison sind durch geringe Helligkeiten
und vertikale Ausdehnungen der Wolken gekennzeichnet. Die Tatsache, daß oberhalb von 88 km,
der mittleren Mesopausenhöhe im Sommer über ALOMAR, keine NLC nachgewiesen wurde,
läßt sich mit der Theorie über die Teilchenentstehung an der Mesopause und das Wachstum bei
gleichzeitigem Absinken verstehen. Zusätzlich sind zwei Kurven für Frostpunkttemperaturen aus
unterschiedlichen Modellen in Abbildung 12.1 eingetragen. Innerhalb des umschlossenen Bereiches
herrscht Übersättigung, d. h. die NLC-Teilchen können wachsen, außerhalb schmelzen sie
ab. Daß auch in der Schmelzzone NLC beobachtet werden liegt einerseits an den Zeitkonstanten
für die Wachstums- und Sedimentationsprozesse, wird andererseits aber auch durch Abweichungen
vom mittleren klimatologischen Zustand der Atmosphäre, der durch die Modelle beschrieben
wird, verursacht. Eine Hauptursache dafür dürften Schwerewellen sein, siehe Kap. 14, deren Einfluß
auf den zeitlichen Verlauf der Wolkenhöhe oft in den Daten zu erkennen ist.
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