Leuchtende Nachtwolken (NLC)

Beobachtung einer leuchtenden Nachwolke mit einem Lidar. Die wellenförmigen Bewegungen ähneln einer brechenden Welle am Strand.

Leuchtende Nachtwolken (NLC, für englisch "noctilucent clouds") existieren an der Grenze zum Weltraum und bestehen aus Eis-Partikeln, die nur wenige 10 nm klein sind. Sie sind also kleiner als 1/10 der Wellenlänge von sichtbarem Licht bzw. kleiner als 1/100 eines Staubkorns. Wie groß die Partikel im Detail sind, aber auch wie viele Partikel pro Volumen vorkommen, ist Gegenstand intensiver Forschung. Insbesondere die Wassermenge pro Wolke ist für das Verständnis der Vorgänge in NLC von Bedeutung.

Neben dem Verständnis der Wolkenbildung können wir aus der Beobachtung der Wolken Vorgänge in der oberen Atmosphäre untersuchen, die ansonsten nicht erforscht und verstanden werden können. Da die Wolkenpartikel so winzig sind, folgen sie der Bewegung der Luft zumindest für kurze Zeit fast vollständig. Erst wenn die Partikel mehrere Minuten bzw. einige Kilometer bewegt werden, müssen die mikrophysikalischen Veränderungen der Partikel berücksichtigt werden.

Am IAP werden NLC mit Lidars (aktiv) oder Kameras (passiv) beobachtet, in-situ mit Hilfe von Instrumenten auf Höhenforschungsraketen untersucht oder in Computermodellen simuliert. Moderne Kameras ermöglichen z.B. die Untersuchung der Bewegung in einer Wolke mit 10 m Genauigkeit in ca. 500 km Entfernung. Mit derartig großer Auflösung wird der Übergang von geordneter Wellenbewegung zu Turbulenz z.B. in Kelvin-Helmholz Instabilitäten vermessen. Auf planetaren Skalen von vielen 100 km werden die Vorgänge mittels 3-D Simulation der Atmosphäre und der Mikrophysik von Eis untersucht. Die Kombination von Messung und Modellierung der mikroskopischen NLC-Partikel hilft also, unser Verständnis der dynamischen Vorgänge an der Grenze zum Weltraum aus Skalen von wenigen Metern bis hin zu hunderten von Kilometern zu verbessern.

Zeitgleiche Beobachtung einer leuchtenden Nachwolke von den Leibniz-Instituten in Kühlungsborn (links) und Warnemünde (rechts). Die Fotos wurden anhand des Sternenhimmels ausgerichtet und erlauben die Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur der beobachteten NLC.

Veröffentlichungen (Auswahl)

  • G. Baumgarten und D. C. Fritts, Quantifying Kelvin-Helmholtz instability dynamics observed in Noctilucent Clouds: 1. methods and observations, J. Geophys. Res., 9324–9337, doi:10.1002/2014JD021832, 2014.
  • J. Fiedler, G. Baumgarten, U. Berger, A. Gabriel, R. Latteck und F.-J. Lübken, On the early onset of the NLC season 2013 as observed at ALOMAR, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 2014.
  • M. Gerding, M. Kopp, P. Hoffmann, J. Höffner und F.-J. Lübken, Diurnal variation of midlatitude NLC parameters observed by daylight-capable lidar and their relation to ambient parameters, Geophys. Res. Lett., 40, 6390-6394, doi:10.1002/2013GL057955, 2013.
  • N. Kaifler, G. Baumgarten, J. Fiedler und F.-J. Lübken, Quantification of waves in lidar observations of noctilucent clouds at scales from seconds to minutes, Atmos. Chem. Phys., 13, 11757-11768, doi:10.5194/acp-13-11757-2013, 2013.
  • F.-J. Lübken, U. Berger, J. Kiliani, G. Baumgarten und J. Fiedler, Solar variability and trend effects in mesospheric ice layers, in Climate And Weather of the Sun-Earth System (CAWSES): Highlights from a priority program, Springer, F.-J. Lübken, Dordrecht, The Netherlands, doi:10.1007/978-94-007-4348-9, 2012.

Ansprechpartner

Dr. Gerd Baumgarten