COMMA/IAP-Modellbeschreibung

Das Cologne Model of the Middle Atmosphere/ Version: Institute of Atmospheric Physics, Kühlungsborn

COMMA/IAP wurde mit dem speziellen Ziel entwickelt, physikalische Prozesse in der Sommermesopausenregion über hohen Breiten zu untersuchen [Berger and von Zahn, 1999]. COMMA/IAP setzt sich aus einem dynamischen Kern und Modulen für Strahlung, mesosphärische Chemie und Transport zusammen. COMMA/IAP setzt eine Schwerewellenparametrisierung (Holton and Zhu, 1984) ein, um die kalte Sommermesopause und eine entsprechende Windumkehr zu reproduzieren (siehe Abbildung). Hierbei werden 33 monochromatische Schwerewellen (4 horizontale Ausbreitungsrichtungen: 0°, 90°, 180°, 270°) mit 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, and 80 m/s vorgegeben, deren Brechungswirkung auf den Grundstrom parametrisiert wird. Üblicherweise verlangt eine solcher Schwerewellenansatz eine sorgfältige Quantifizierung diverser Schemaparameter wie z.B. Effizienzfaktoren, horizontale Wellenlängen, Anregungsamplituden, etc., die sich nur aus Sensitivitätsstudien gewinnen lassen und für jedes Atmosphärenmodell verschieden ausfallen.  Im Falle von COMMA/IAP gelang es, nach einer aufwendigen ‚tuning’ Studie, die thermische Struktur der Sommermesopausenregion in eine quantitativ korrekte Übereinstimmung mit Bebachtungen zu bringen.

Thermische und dynamische Struktur der Sommermesopausenregion aus COMMA/IAP

In Abbildung (a–d) sind tägliche zonale Mittel von Temperatur, Vertikalwind, Zonalwind und Meridionalwind für den Bereich der sommerlichen Mesopausenregion (75–95 km) über hohen und polaren Breiten zu einen 21. Juni dargestellt. Das modellierte Temperaturfeld, speziell der Absolutwert der Mesopausentemperatur und der Mesopausenhöhe zeigt sowohl in der Breiten- als auch Höhenabhängigkeit eine gute Übereinstimmungen mit Temperaturbeobachtungen, z.B. Raketenexperimente über ALOMAR (69°N), oder Lidarbeobachtungen über Teneriffa (28°N), Kühlungsborn (54°N) und Spitzbergen (78°N).  So wurden zum Beispiel von Lübken (1999) über ALOMAR (69°N) eine Mesopausentemperatur von 128 K bei 88 km (klimatologische Werte) gemessen, während bei 82 km, dem Bereich der Unterkante der NLC-Schicht, eine klimatologische Temperatur von 150 K beobachtet wurde. Diese Werte werden von COMMA/IAP wiedergegeben, somit kann die Modellatmosphäre von COMMA/IAP zu 3-d NLC Simulationen verwendet werden (siehe z.B. Berger und von Zahn, 2002).    

Sommersolstitium

Tägliche zonale Mittel der (a) Temperatur, (b) Vertikalwind, (c) Zonalwind, und (d) Meridionalwind zu Sommersolstitiumbedingungen mit COMMA/IAP. Die Breite Andoya/ Alomar ist durch eine dünne Linie angezeigt, die Höhe der Mesopause ist durch eine dicke Linie markiert.