Chemie und Spurengase in der Mesosphäre

Zielsetzung

Chemische Spurengase (z.B CO2, H2O, Ozon) spielen eine wichtige Rolle im Strahlungshaushalt der mittleren Atmosphäre, und beeinflussen damit die thermische Struktur und Dynamik der Atmosphäre, die wiederum umgekehrt durch dynamische Transportprozesse und temperaturabhängige Reaktionsraten auf die mesosphärische Chemie zurückwirken. Nur ein geringer Anteil Großteil dieser Spurengase kann heute mittels Satellitentechniken bis in mesosphärische Höhen gemessen werden. Eine Schlüsselstellung nimmt in der mesospärischen Chemie der Wasserdampf ein, der aber nur maximal bis in Höhen von 85 km gemessen werden kann. Aus diesem Grunde wird der Versuch unternommen, mittels chemischer Modelle neben dem spärlichen Monitoring der Mesosphäre einen Einblick in die physikalisch-chemischen Prozesse der oberen Atmosphäre zu gewinnen. Hierzu gehören insbesondere Trendberechnungen von Spurengasen über vergangene und zukünftige dekadische Zeiträume, durch die erst Klimatrendberechnungen möglich werden.

Zu diesem Zweck wurde in den letzten Jahren ein 3-d Chemie-Transport Modell (CTM) der Mesosphäre und unteren Thermosphäre (MuT - Region) entwickelt, um die chemische Interaktion der wichtigsten Spurengase wie Ozon, Wasserdampf, Wasserstoffgruppe etc. zu untersuchen. Zu den chemisch-physikalisch Prozessen, die im CTM berücksichtigt werden, zählen die Reaktionen der allgemeinen Neutralgaschemie der oberen Atmosphäre, photochemische Dissoziation,  eddy and molekulare Diffusion und dynamische Advektion. Mit dem CTM wurden eine Vielzahl verschiedenster Studien durchgeführt, z.B. über den photochemischen Doppler-Effekt, den solaren Einfluss über Lyman-alpha Strahlung auf mesosphärischen Wasserdampf, den autokatalytischen Wasserdampfzyklus als eine Quelle für relativ große Wasserdampfwerte in der sommerlichen oberen Mesosphäre über hohen Breiten, das tertiäre Ozonmaximum und den Trend (100 y) des mesosphärischen Wasserdampfs durch den anthropogenen Anstieg von Methan.