Messungen über Spitzbergen (78° N)

Lidar-Kampagnen:

Die arktischen Witterungsbedingungen stellten besonders hohe Anforderungen an die Messkampagnen in Spitzbergen. So wurden auf Grund der zu erwartenden Wetterbedingungen (Wolkenbedeckung, Schneefall, usw.) in den Monaten November bis Januar keinerlei Messkampagnen durchgeführt. In den Monaten April bis August ist die Sonne ständig oberhalb des Horizonts, so dass es in diesen Zeitraum nur Tageslichtmessungen gibt. Während drei Feldkampagnen zwischen Mai 2001 und August 2003 wurden insgesamt 667 Messstunden an 375 Kampagnentagen aufgenommen. Mit diesen Messungen entstand erstmals ein geschlossenes Bild der Kaliumdichte und des Temperaturverlaufs über Spitzbergen.

Tageszeitliche Verteilung der Messstunden von 12 UT bis 12 UT des Folgetages. Die gestrichelten Linien zeigen den Sonnenauf- und Untergang in Spitzbergen (78°N), im grauen Bereich ist die Sonne unterhalb des Horizonts. Zwischen Mitte April und Ende August ist die Sonne ständig über dem Horizont.

Messungen der Kaliumdichte:

Insgesamt liegt die Kaliumschicht auf Spitzbergen etwas höher, zeigt aber ähnliche Strukturen wie in Kühlungsborn. Besonders auffällig ist die Unterkante der Kaliumschicht auf Spitzbergen, die im Sommer einen ungewöhnlichen Anstieg in der Höhe zeigt. Dieser Anstieg fällt zeitlich in etwa mit dem Beginn der PMSE Saison zusammen. Beim ersten Auftreten von NLC Anfang Juni ist im Mittel nur noch sehr wenig Kalium unterhalb von 90 km vorhanden. In den Sommermonaten Juni/Juli/August erreichen die Wahrscheinlichkeiten für die Existenz von PMSE  und NLC ihre Maximalwerte. NLC konnten in ca. 74 % der Zeit beobachtet werde. PMSE treten mit bis zu 100 % Wahrscheinlichkeit auf. Der Höhenbereich für PMSE erstreckt sich dabei bis ca. 92 km Höhe wie in der Abbildung erkennbar ist. Anfang August beginnt sich die Unterkante der Kaliumschicht wieder abzusenken und erreicht Anfang September ihre niedrigste Höhe. Kurz zuvor verschwinden sowohl die letzten NLC als auch die PMSE.

Saisonaler Dichteverlauf über Spitzbergen

Temperaturmessungen mit dem Kalium-Lidar:

Die Anwesenheit von Eisteilchen stellt für die Messung von Temperaturen anhand der Resonanzstreuung eine Störung dar. Eine Trennung von Miestreuung (Eisteilchen) und Resonanzstreuung gelingt aber aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängenabhängigkeiten. So konnten für den gesamten Messzeitraum Temperaturen bestimmt werden. Der Höhenbereich der Temperaturmessung ist durch die ständigen Tageslichtbedingungen, im Vergleich zu früheren Messungen bei Nacht, eingeschränkt. Vereinzelt fallen die Temperaturen in den Sommermonaten unter 120 K. Die Mesopause wurde im Sommer bei 90 km mit 120 K beobachtet, was in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen des COMMA/IAP Modells ist. Die Temperaturen dieses einmaligen Datensatzes werden in Zukunft sowohl realistischere Modellierung von NLC/PMSE erlauben, als auch zum besseren Verständnis der globalen Struktur der Mesopausenregion beitragen.

Saisonaler Temperaturverlauf (in Kelvin) über Spitzbergen (667 Messstunden).

Messungen mit fallenden Kugeln:

Vom 16. Juli bis 14 September 2001 wurden insgesamt 24 Temperaturprofile mit `fallenden Kugeln’ gemessen. Die Startrampe war in der Nähe des Ortes Longyearbyen auf Spitzbergen aufgebaut. Die aus diesen Messungen resultierende Temperaturklimatologie ist in Lübken & Müllemann [2003] zusammengefasst.

Temperaturverlauf (in Kelvin) vom 16. Juli bis 14. September über Spitzbergen (24 Einzelmessungen).
Sättigungsgrad der Atmosphäre, berechnet aus den Temperaturen der Raketenmessung und dem Wasserdampf-Werten von Körner und Sonnemann [2001].

Gleichzeitig wurden PMSE  mit dem SOUSY-VHF-Radar gemessen. Ein Vergleich der Höhenprofile demonstriert, dass PMSE nur in Regionen extrem niedrigerer Temperaturen existieren können.

Spätere Analysen von PMSE und K-Lidar-Temperaturen zeigten, dass niedrige Temperaturen offensichtlich hinreichend aber nicht ausreichend zur Bildung von PMSE sind, insbesondere im Höhenbereich oberhalb der Mesopause (Lautenbach et al. [2007]).