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

27 Erste simultane Beobachtungen von mesosphärischen Sommerechos
und Temperaturen über Kühlungsborn
(M. Zecha, J. Bremer, C. Fricke-Begemann, M. Gerding)
In den Sommermonaten können mit Radargeräten - insbesondere im Frequenzbereich um 50 MHz
- sehr starke Signalrückstreuungen aus der Mesosphäre empfangen werden, die in Zusammenhang
mit geladenen Eisteilchen stehen. Für die Existenz der Eisteilchen und der damit verbundenen
Radarechos sind u.a. sehr niedrige Temperaturen und ausreichend starke Ionisation notwendig.
Abb. 27.1: Mittlerer saisonaler Verlauf von Temperatur
T (oben, schwarze Linie, aus Lidarmessungen),
Wasserdampfkonzentration w (Mitte, rote Linie, Modelldaten)
und Sättigungsgrad S (unten, blaue Linie)
für Kühlungsborn (54◦ Vor allem in hohen Breiten treten diese
sogenannten polaren mesosphärischen Sommerechos
(PMSE, siehe z.B. Kap. 11 und
26) sehr häufig auf. So wurden vom IAP
über Andenes (69
N) in 85 km Höhe
◦N) in bis zu 90% und
über Spitzbergen (78◦N) in 100% der Messzeit
im Juni/Juli PMSE detektiert. Temperaturmessungen
mit Hilfe von Lidargeräten
und raketengetragenen Experimenten haben
gezeigt, dass zu diesen Zeiten sehr niedrige
Temperaturen in der Mesopausenregion
vorherrschen. Mit zum Teil weit unter
150 K sind es die niedrigsten Temperaturen
der Erdatmosphäre. Aufgrund der langanhaltenden,
zeitweise sogar permanenten
Sonneneinstrahlung in den Sommermonaten
und dem Einfall hochenergetischer Teilchen
in polaren Breiten tritt hier eine starke Ionisation
auf. Somit sind in der Regel ausreichend
freie Elektronen in der Mesosphäre
vorhanden.
In mittleren Breiten werden ebenfalls
mesosphärische Sommerechos, hier als MSE
bezeichnet, beobachtet. Aufgrund geringerer
Flüsse einfallender Partikel sowie der geringeren
Sonnenscheindauer und der damit
verbundenen Abnahme der Ionisation in den
Nachtstunden treten MSE in der Regel nur
am Tage auf. Sie werden seit einigen Jahren
am IAP etwa von Anfang Juni bis Mitte August
beobachtet.
In Kühlungborn werden in den Sommermonaten auch Temperaturmessungen mit einem Kaliumlidar
durchgeführt. In Abb. 27.1 oben ist der mittlere saisonale Temperaturverlauf in 85 km
Höhe dargestellt. Aus diesem lässt sich mit Modelldaten des Wasserdampfes (Abb. 27.1 Mitte)
der mittlere Sättigungsgrad S (Abb. 27.1 unten) ermitteln. Dieser ist durchgehend kleiner als 1,
auch während der Periode der MSE-Beobachtungen (grün markiert).
Damit es zu einer Übersättigung (S > 1) als eine notwendige Voraussetzung für die Existenz
von MSE kommen kann, muss die Temperatur also zumindest zeitweise deutlich unter ihrem
Mittelwert liegen. In Abb. 27.2 sind die Sättigungskurven für angenommene negative Temperaturabweichungen
von 0 bis 30 K dargestellt. Sie zeigen zum Beispiel, dass der Unterschied
zum Temperaturmittelwert zum Beginn der MSE-Saison etwa 15 K und zum Ende über 30 K
betragen muss, um Übersättigung zu erreichen.
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