Langzeitbeobachtungen bei 69°N und 54°N
Seit 1997 werden die Lidars in Kühlungsborn (54°N) und auf ALOMAR (69°N) regelmäßig zur Beobachtung von leuchtenden Nachtwolken (NLC) eingesetzt.
Als Maß für die Wolkenhelligkeit wird der Volumenrückstreukoeffizient (VBC) verwendet.
Abb. 1 charakterisiert den ALOMAR-Gesamtdatensatz in Form der Helligkeitsverteilung auf der Basis von 15-minütigen Mittelwerten. Wolken geringer Helligkeit werden weitaus häufiger beobachtet als sehr helle Wolken. Die Detektionsgrenze für schwache NLC ist durch den Abfall des Histogramms bei kleinen Helligkeitswerten gegeben. Die Langzeit-Detektionsgrenze wird durch die ersten Jahre der Zeitreihe bestimmt und ist durch die blaue Linie gekennzeichnet. Starke NLC erreichen Helligkeitswerte oberhalb der grünen Line.
Kühlungsborn liegt, im Gegensatz zu ALOMAR, am südlichen Rand des NLC-Bereiches, an dem mesosphärische Eisteilchen nur relativ selten und unter besonderen atmosphärischen Bedingungen auftreten. Die Häufigkeit von NLC weist ausgeprägte Jahr-zu-Jahr-Variationen auf. Hierbei tritt besonders die Antikorrelation mit der solaren Strahlung hervor. Ein zugrunde liegender Prozeß dabei ist die erhöhte Photolyse von Wasserdampf im kurzwelligen Spektralbereich (Lyman-alpha) während solarer Maxima, was in der Folge zu einer Verringerung der NLC-Häufigkeit führen kann. Das ist in Abb. 2 für die geglätteten Zeitreihen von Kühlungsborn (alle Beobachtungen) und ALOMAR (nur starke NLC) gezeigt. Während im solaren Maximum von 2001-2003 diese Antikorrelation sehr deutlich ist, tritt sie im darauffolgenden Minimum bei der ALOMAR-Zeitreihe erst verspätet auf. Dies liegt an den Temperaturebedingungen in der Mesopausenregion die in bestimmten Jahren den Einfluß der solaren Strahlung auf den Wasserdampf überwiegen.
Die ersten Messungen der NLC-Höhe wurden vor ca. 125 Jahren durch Triangulation realisiert. Unsere Messungen mit einer sehr präzisen Lasermethode sind in Abb. 3 für die ALOMAR-Zeitreihe gezeigt und ergeben mittlere Höhen die sich nur um wenige hundert Meter von den historischen Höhen unterscheiden (Langzeit-Detektionsgrenze: 82.9 km, hellste Wolken: 82.5 km). Die NLC-Höhe hat sich innerhalb ihrer natürlichen Variabilität (ca. 1 km) über 120 Jahre praktisch nicht geändert. Modellrechnungen zeigen eine Abhängigkeit der NLC-Höhe von der Temperatur von ca. 0.25 km/K, woraus ein nur sehr geringer Temperaturtrend im Höhenbereich des NLC-Auftretens folgt.
Veröffentlichungen (Auswahl)
- F.-J. Lübken, G. Baumgarten und U. Berger, Long term trends of mesopheric ice layers: A model study, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., doi:10.1016/j.jastp.2020.105378, 2021.
- F.-J. Lübken, U. Berger und G. Baumgarten, On the anthropogenic impact on long-term evolution of noctilucent clouds, Geophys. Res. Lett., 45, 6681-6689, doi:10.1029/2018GL077719, 2018.
- J. Fiedler, G. Baumgarten, U. Berger und F.-J. Lübken, Long-term variations of noctilucent clouds at ALOMAR, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 162, 79-89, doi:10.1016/j.jastp.2016.08.006, 2017.
- U. Berger und F.-J. Lübken, Trends in mesospheric ice layers in the northern hemisphere during 1961 - 2013, J. Geophys. Res., 120, 11,277-11,298, doi:10.1002/2015JD023355, 2015.
- M. Gerding, J. Höffner, P. Hoffmann, M. Kopp und F.-J. Lübken, Noctilucent cloud variability and mean parameters from 15 years of lidar observations at a mid-latitude site (54°N, 12°E), J. Geophys. Res., doi:10.1029/2012JD018319, 2013.
Ansprechpartner
- Dr. Jens Fiedler
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