LIMA

Charakterisierung der globalen thermischen und dynamischen Struktur aus Ergebnissen des Leibniz-Institute Middle Atmosphere (LIMA) Model

Zielsetzung

Das LIMA (Leibniz Institute Middle Atmosphere) Modell als Nachfolger von COMMA/IAP, besitzt ähnliche Module für Strahlung und mesosphärische Chemie. Im Gegensatz zu COMMA/IAP wird in LIMA eine horizontale Gitterstruktur eingesetzt, welche die atmosphärischen Grundgleichungen auf einem Dreiecksgitter mit einer Maschenweite von 110 km löst (reduziertes Gauss’sches Gitter). Weiterhin werden in LIMA für den Bereich der  Tropo- und unteren Stratosphäre ECMWF-Daten (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, Reading, England) eingebunden, die eine realistische Darstellung der aktuellen  Wettersituation auf einer globalen Skala ermöglicht. Die solcherart angeregte Wellenaktivität dringt in die obere Atmosphäre vor und führt zu einer großen internen Variabilität in der Meso-/unteren Thermosphären (MuT) Region.

Aus den LIMA-Simulationen wird ein Datenarchiv erstellt, aus dem die Daten für Simulationen zu ‘nachtleuchtender Wolken’ mit LIMA-ICE  zur Verfügung gestellt werden. Deshalb besteht die Anforderung an LIMA, den Bereich der sommerlichen Mesopausenregion (80-95 km), wo die Eisbildung stattfindet, möglichst genau an die beobachteten thermischen and dynamischen Zustände anzupassen. Hierbei spielen neben den  Temperaturen und Windsystemen, die aktuelle Luftdichte und der Wasserdampf eine wichtige Rolle in der Eiswolkenmodellierung.

Sommerklimatologie der Temperaturen in K (oben links) aus Raketenbeobachtungen ( 'Fallende Kugeln’, siehe Lübken 1999) über Andoya, Norwegen (69N) zwischen dem 23. Mai (= Monat 4.75) und 8. Oktober (= Monat 10.25). Das niedrigste (höchste) Konturniveau beträgt 131 K (283 K). Die untere (links) Abbildung zeigt die klimatologischen Temperaturen aus LIMA Simulationen. Es folgen die Beobachtungen und Modelresultate für die Dichte (Mitte; in logarithmischen Einheiten) und den Zonalwind (rechts; Einheit in m/s), siehe auch Müllemann und Lübken (2005).

Ergebnisse

Basierend auf  insitu Messungen mit Raketenexperimenten wurde von Lübken (1999) eine Temperatur- und Luftdichteklimatologie veröffentlicht, die den Sommerzustand der Mesosphäre über hohen Breiten (69N) bis zu einer Höhe von 95 km beschreibt. Parallel hierzu existieren auch Horizontalwindbeobachtungen in einem Höhenbereich zwischen 35-80 km (Müllemann und Lübken, 2005). In der Abbildung zeigen wir einen Vergleich dieser Beobachtungen mit LIMA-Ergebnissen. Die LIMA-Temperaturen stimmen qualitativ mit den Beobachtungen überein, z.B. beträgt im Hochsommer die minimale Temperature 132 K (LIMA) verglichen mit beobachteten 131 K, die Höhe der Sommermesopause ist zum 1. Juli identisch (88 km). Kleinere Unterschiede treten bzgl. der Länge der Saison und innerhalb der Vertikalstruktur auf, z.B. sind die LIMA-Temperaturen im Frühjahr etwas zu warm.  Eine ähnlich gute Übereinstimmung zeigt sich auch in den Größen Luftdruck und Zonalwind.

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