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

die polaren Breiten, die im Sommer unter einer ganztägigen solaren Einstrahlung stehen, die absolut
höchsten Werte aufweisen. Die sehr hohen Wasserdampfkonzentrationen reichen bis in die
NLC-Region hinein und sind damit mit den HALOE-Messungen im Einklang. Abb. 21.2 präsentiert
den entsprechenden Konturplot für Nordfrühling-Äquinoktium. Die Wasserdampfverteilung
weist ein typisches Kleeblattmuster auf, gekennzeichnet durch ein hochliegendes Maximum
südlich vom Äquator und 2 Maxima etwas unterhalb der Stratopause zu beiden Seiten von dem
hohen Maximum, wobei der südliche Wasserdampfpeak in mittleren Breiten und der nördliche
mehr in niederen Breiten erscheint. Auch dies entspricht genau den HALOE-Messungen.
Die wesentlichen großräumigen
Strukturen der
Wasserdampfverteilung spiegeln
die Muster der globalen
Zirkulation wider insbesondere
jene des vertikalen
Windes. Die sommerlichen
aufwärts gerichteten Winde
im polaren Antizyklon
transportieren H2O in große
Höhen, wo es der effektiven
Photolyse und Konversation
in molekularen Wasserstoff
unterliegt. Das gleiche
trifft während der Äquinoktien
für die hochreichenden
hohen Äquatorwerte
zu während die tiefliegenden
Maxima zu abwärts
gerichteten Winden in Beziehung
stehen. Als einleitend
erwähnt stehen Transport
und Chemie in enger
Abb. 21.2: Meridionalschnitt des Wasserdampfmischungsverhältnisses
für Nordfrühling-Äquinoktium unter Bedingung niederer solarer Aktivität.
Wechselbeziehung, so dass der Vertikalwind nur einen Teil der sommerlich hohen H2O-
Konzentrationen erklären kann. Die erhöhte sommerliche Photolyse sollte allerdings nach flüchtiger
Betrachtung zur verstärkten chemischen Vernichtung von H2O beitragen. In Wirklichkeit
forciert jedoch die Photolyse des H2O unterhalb einer Höhe von etwa 65 km in einem autokatalytischen
Prozess die Bildung von H2O aus dem H2-Reservoir. Ohne auf Einzelheiten eingehen
zu können, liegt die Ursache in dem Fakt begründet, dass bei der Dissoziation (oder Oxidation
des Wasserdampfs durch O( 1 D)) zwei Wasserstoffradikale entstehen, wobei das OH-Radikal, das
immer wieder infolge der Reaktionen mit den Odd Oxygenen entsteht, ohne Radikalverlust H2
in H2O oxidieren kann. Dieser Prozess hat formal Ähnlichkeit mit der Sommersmogerzeugung
von Ozon. Eine Voraussetzung hierbei ist die schnelle Umwandlung von atomarem Wasserstoff in
HO2, deren Effektivität quadratisch mit der Luftdichte zunimmt. In der oberen Mesosphäre wird
H jedoch nicht schnell genug in HO2 überführt, es reagiert mit HO2 und erzeugt H2, so dass dort
als Nettoreaktion H2O in H2 umgewandelt wird. Somit erweist sich als günstig für die Erzeugung
hoher hochreichender H2O-Konzentrationen ein sich mit der Höhe beschleunigender Aufwind,
der ein Luftpaket möglichst lange unterhalb der Grenze zwischen Wasserdampferzeugung und
-vernichtung hält, darüber aber möglichst schnell die gebildeten hohen H2O-Konzentrationen in
große Höhen befördert bevor dort H2O zunehmend vernichtet wird. Genau diese Bedingungen
liegen in der Mesosphäre vor. Während die Vertikalwinde in der unteren Mesosphäre Größenordnungen
von mm s −1 haben, erreichen sie in der oberen Mesosphäre und im Mesopausenbereich
Werte bis zu einigen cm s −1 .
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