Modellierung leuchtender Nachtwolken mit LIMA-ICE

Zielsetzung

Über hohen Breiten polwärts von 50° sind im Sommer in der Mesospausenregion Eisschichten zu beobachten, die sich dort aufgrund extrem extreme kalter Temperaturen in Verbindung mit Wasserdampf entwickeln. Diese Eisschichten können als  ‘leuchtende Nachtwolken’ (noctilucent clouds NLC), polare mesophärische Eiswolken (polar mesospheric clouds PMC), oder ‘polare mesosphärische Sommer Echos' (PMSE) auftreten. Die entsprechenden Eigenschaften können von der Beobachtungsgeometrie abhängen, teilweise verbergen sich aber auch hinter den verschiedenen Auftrittsformen völlig verschiedene physikalische Prozesse. Gemeinsam ist all diesen Eisschichten, dass ihre Morphologie äußerst empfindlich gegenüber der atmosphärischen Hintergrundtemperatur ist, weniger gegenüber dem Wasserdampfgehalt. Somit sind die Eigenschaften solcher Eisschichten bestens als Klima- und Solarzyklus-Indikatoren geeignet. Tatsächlich zeigen neuere Analysen von bodengestützten als auch Satellitendaten, dass eine Vielzahl von Eisparametern Variationen auf dekadischen Skalen besitzt. Ein neues Forschungsgebiet sind hierbei die noch unverstandenen physikalischen and photochemischen  Prozesse, und bis heute analysierte Inkonsistenzen in verschiedenen Datensätzen.

In diesem Zusammenhang wird das neuentwickelte LIMA-ICE Modell eingesetzt um aus interhemisphärischen Temperaturdifferenzen der sommerlichen Mesosphärenregion auf eine unterschiedliche Eispartikelbildung zu schließen. LIMA-ICE reproduziert in einem hohen Maße die beobachteten mittleren Zustände von NLC, PMC und PMSE, z. B. Eisschichtparameter wie den zeitlichen Verlauf, die mittlere Höhe, Helligkeit und Auftrittshäufigkeit als Funktion von Saison, Höhe und Breite.

Wichtige Resultate von LIMA-ICE sind eine etwas wärmere Südhemisphäre (SH) im Vergleich zur Nordhemisphäre (NH). Die Differenz beträgt weniger als 2-3 K in NLC/PMC/PMSE Höhen and polwärts von 70 N/S. Während die Auftrittshäufigkeit und Helligkeit von NLC und PMC in der NH größer ist, steigt die mittlere Höhe der NLC in der SH um 0.6-1 km an. Zusätzlich ist aber die NLC Höhe sowohl im Norden als auch im Süden eine Funktion der Saison. Die mit LIMA-ICE berechneten interhemisphärischen Differenzen in den NLC/PMC/PMSE Charakteristiken sind in den neueren Beobachtungen von Lidar-, Radar- und Satellitensystemen wiederzufinden.

Modellierte Auftrittshäufigkeit (tägliches zonales Mittel) von PMSE als Funktion der Breite und Saison für den NH Sommer 2001 (oberes Bild) und SH Sommer 2004/05 (unteres Bild).

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