Schwerewellen in der OH-Schicht

Bestimmte Spurenstoffe in der Mesopausenregion emittieren aufgrund chemischer Reaktionen schwaches Licht, dass als sog. Luftleuchten (engl. airglow) nachts mit beoachtet werden kann. Wichtige Vertreter dieser Spurengase sind Hydroxyl (OH, Emission um 87 km Höhe), molekularer Sauerstoff (O2, 94 km) und atomarer Sauerstoff (O(I), 96 km). Die Dicke der Luftleucht-Schichten beträgt jeweils mehrere Kilometer. Schwerewellen modulieren die Höhe und Temperatur dieser Schichten und damit die Intensität der Emission. Auf diese Weise kann man aus fotografischen Aufnahmen des Luftleuchtens horizontale Wellenlängen und Perioden der Schwerewellen berechnen. Die Kombination dieser Daten mit vertikalen Profilen der Temperatur und des Windes (z.B. von Lidars und Radars) ermöglicht quasi-3-D Betrachtungen der Schwerewellen und stellt einen erheblichen Mehrwert zum Verständnis der Schwerewellenausbreitung dar.

Das Beispiel zeigt zwei Aufnahmen der OH-Schicht über Kühlungsborn im Abstand von rund einer Stunde. Die Wellenlänge hat sich in dieser Zeit nahezu halbiert. Die Lidarmessungen der Temperatur zeigen eine deutliche Erwärmung zwischen 82 und 88 km Höhe. Zusammen mit dem Wind in Ausbreitungsrichtung der Welle kann man die vertikale Wellenzahl m (proportional dem Kehrwert der vertikale Wellenlänge) berechnen. Zur Zeit der zweiten Aufnahme ist m2 < 0, d.h. die Welle kann sich nicht höher ausbreiten und die Wellenenergie wird dissipiert. Im Luftleuchten beobachtet man dies als fortgesetzte Verringerung der Wellenlänge. Lidars und Radars liefern hier somit die Erklärung für die Beobachtungen mit der Luftleucht-Kamera.

 

Das IAP betreibt selbst keine Luftleucht-Kameras. 2007 war in Kühlungsborn eine Kamera der Utah State University (PI: Prof. Michael Taylor) installiert. Im September 2010 und durchgängig seit März 2012 wird eine Kamera von NIPR / Nagoya University (PI: Prof. Shin Suzuki, Prof. Takuchi Nakamura) am IAP betrieben. An den Lidar-Standorten Andenes/Norwegen und Davis/Australien stehen ebenfalls Luftleucht-Kameras zur Verfügung.

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Dr. Michael Gerding