Leuchtende Nachtwolken

Untersuchung aus Lidar-Messungen bei 54° N, 69° N und 78° N

Zielsetzung

Einer der Forschungsschwerpunkte des IAP ist die Untersuchung von leuchtenden Nachtwolken (NLC) mittels unterschiedlicher Lidar an verschiedenen Standorten. NLC können im Sommer ab und zu während der Dunkelheit von Norddeutschland aus mit dem bloßen Auge oder Kameras beobachtet werden. Das am IAP aufgenommene Bild rechts zeigt eine leuchtende Nachtwolke am 24. Juli, 2005 in ca. 84 km Höhe über der Ostsee. Die direkte Beobachtung ist möglich, weil die NLC in dieser Höhe noch von der Sonne beschienen wird. Andererseits ist der Hintergrund bereits Dunkel. Am Tage sind solche Beobachtungen nicht möglich. Die relativ dunklen Wolken werden von der Sonne überstrahlt. Die Beobachtung von NLC weiter nördlich in der Polarregion ist aufgrund der Mitternachtssonne nur in Ausnahmefällen möglich. Diese Beobachtungslücke wird am IAP durch Lidarmessungen geschlossen.
Leuchtende Nachtwolken können nur bei sehr kalten Temperaturen existieren (< ~-130° C). Solch niedrige Temperaturen sind über Kühlungsborn Extremereignisse, die nur in den Sommermonaten Juni/Juli auftreten (siehe Beschreibung der Temperaturstruktur über Kühlungsborn).  Ein Vergleich der mittleren Temperaturen mit der Häufigkeit von NLC (Abbildung 1) zeigt, das die Temperatur im Mittel über Kühlungsborn eigentlich zu warm für die Bildung von Eiswolken ist. Entsprechend selten (<10 % der Zeit) werden leuchtende Nachtwolken beobachtet. In seltenen Ausnahmefällen wurden NLC auch noch weiter südlich beobachtet, z.B. mit dem Kameranetzwerk des IAP.
Nach Norden hin nimmt die Häufigkeit stark zu, weil die Temperatur im Sommer in der Mesopausenregion zum Pol hin immer kälter wird (siehe Temperaturen bei 69° N und 78° N). Neben den Messungen mit dem K-Lidar und dem RMR-Lidar in Kühlungsborn, 54° N, werden NLC seit vielen Jahren mit dem ALOMAR RMR-Lidar bei 69° N beobachtet. In polaren Breiten muss die Beobachtung bei Tageslichtbedingungen erfolgen, was einen entsprechend hohen technischen Aufwand erfordert.  Langjährige kontinuierliche Lidarmessungen bei ALOMAR wie in Abbildung 2 zeigen, das NLC in dieser Breite wesentlich häufiger (~38% der Zeit) auftreten und ihre Häufigkeit zusätzlich tageszeitenabhängig ist. Durch Messungen bei drei Wellenlängen können zusätzlich Teilcheneigenschaften bestimmt werden . Die Beobachtungen bei ALOMAR zeigen, dass  NLC in der Polregion ein typisches Sommerphänomen darstellen und langfristigen Änderungen unterliegen.
In den Jahren  2001-2003 wurden noch weiter nördlich Messungen mit dem mobilen K-Lidar durchgeführt. Die Messungen auf Spitzbergen, 78° N ergaben, dass in den Sommermonaten während 75% der Zeit NLC auftreten. Die gleichzeitig gemessenen Temperaturen sind dabei deutlich kälter als an den anderen Standorten. Die Häufigkeit von NLC nimmt in Richtung Pol weiter zu. Gleichzeitig ist aber die mittlere Höhe der leuchtenden Nachtwolken für alle Lidar Stationen bis auf wenige hundert Meter konstant.

Abbildung 1: Vergleich der mittleren Temperaturen mit dem Auftreten von MSE/NLC für Kühlungsborn, 54° N. Aus Gerding et al., JGR, 2007.

Abbildung 2: Zeitlicher Verlauf einer leuchtenden Nachtwolke (NLC) bei ALOMAR, 69° N.

Leuchtende Nachtwolke

Foto einer leuchtenden Nachtwolke, aufgenommen über Kühlungsborn

Link zum Thema

Einen weiterführenden Artikel zur NLC-Forschung finden Sie hier (in englisch).