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

Fallgeschwindigkeit für ein kugelförmiges NLC-Teilchen ist größer als für jedes anders geformte
Teilchen. Dies liegt daran, dass eine Kugel die kleinste Oberfläche des umschlossenen Volumens
besitzt, wodurch die Abbremsung in der Atmosphäre minimal ist. Infolgedessen sinkt eine
NLC aus kugelförmigen Teilchen im Vergleich zu einer die aus zylindrischen Nadeln und/oder
Platten besteht schneller ab (Abb. 13.2), was ebenfalls Konsequenzen für die sich ausbildende
Teilchengröße und damit für die Helligkeit der NLC hat.
Die Form der NLC-Teilchen ist neben ihrer Größe auch für die heterogene Chemie in der
Mesopausenregion wichtig. Durch die größere Oberfläche der asphärischen NLC-Teilchen wird
z.B. die Aufnahme von Atomen aus den Metallschichten, wie sie mit dem Lidar in der Kalium-
Schicht über Spitzbergen beobachtet wurde, beschleunigt (Kap. 11).
Die Größe der NLC-Teilchen
wird über den Unterschied der
Rückstreuung auf den drei ausgesendeten
Laserwellenlängen
(1064 nm, 532 nm, 355 nm) bestimmt.
Die Ableitung der Teilchengröße
ist nicht analytisch aus
den Messungen möglich, sondern
erfolgt durch den Vergleich der
Messdaten mit einer Simulation der
Streuung von Licht an asphärischen
Eisteilchen. Hierbei wird neben der
Teilchengröße und der Wellenlänge
des Lichts auch die Form der Teilchen
sowie eine lognormale Verteilung
der Teilchengröße vorgegeben.
Aus dem numerischen Vergleich
der simulierten Daten mit
den tatsächlichen Messdaten wird
auf die Teilchengröße, deren Verteilung
und Form geschlossen.
Die Bestimmung der Teilchengröße
während einer Depolarisationsmessung
erfolgte in einer Mehrfarbenmessung,
die in Abb. 13.2
dargestellt ist. Am 01.08.2003 konnte
eine Depolarisationsmessung zwischen
00:00 Uhr und 00:48 Uhr
Höhe [km]
88
86
84
82
80
31.07. 01.08.
23 24 01 02 03 04 05
Zeit [UT]
Abb. 13.3: Beobachtung einer NLC auf den drei Wellenlängen
des ALOMAR RMR-Lidar in der Nacht 31.07./01.08.2003.
Grüne Wellenlänge, 532 nm, (oben); Infrarot, 1064 nm, (unten
links); Ultraviolett, 355 nm, (unten rechts). Der empfindlichste
Kanal, 532 nm, (oben), zeigt deutlich die hohe Variabilität
der NLC an diesem Tag. Eine Depolarisationsmessung wurde
von 00:00 Uhr bis 00:48 Uhr durchgeführt. Die Skalierung der
Achsen ist für alle drei Kanäle gleich gewählt.
durchgeführt werden. Während der Depolarisationsmessung wurde eine mittlere Teilchengröße
von 31 ± 6 nm bestimmt (lognormal, σ=1,4). Im weiteren Verlauf der NLC-Beobachtung sind
Teilchen mit einer Größe 47 ± 3 nm beobachtet worden, eine Messungen der Depolarisation war
aufgrund des hohen Sonnenstandes nicht mehr möglich.
Da die NLC-Teilchen mit ca. 50 nm wesentlich kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts
wird theoretisch erwartet, dass die Rückstreuung mit der 4. Potenz von der Wellenlänge abhängt
bzw. mit der 6. Potenz vom Radius. Die Messungen zeigen jedoch eine Abweichung von dieser
sogenannten Rayleigh-Näherung und die beobachtete Rückstreuung ist proportional zur 5. – 6.
Potenz der Größe der Teilchen. Nach dem Ende der NLC-Saison 2003 wurde damit begonnen
den Nachweiszweig des Lidars so zu verändern, dass zukünftig Depolarisationsmessung ständig
möglich sind. NLC-Beobachtungen zeigen teilweise eine hohe Variabilität, in Zeitskalen von
wenigen Minuten, die wir in Zukunft auflösen wollen, um die mikrophysikalischen Prozesse besser
zu verstehen. Dies eröffnet die Möglichkeit die Modulation der Eiswolken durch Schwerewellen
zu beschreiben (Kap. 20).
55
40
33
27
20
13
7
0
Volumenrückstreukoeffizient [1E-10/m/sr]