Temperaturstruktur bei 69° N

Die polare mittlere Atmosphäre (30–90 km) ist geprägt durch große Unterschiede in der thermischen Struktur zwischen Winter und Sommer. Im Sommer kühlt sich die polare Mesopausen-Region trotz Mitternachts-Sonne bis unter 130 K ab und ist damit die kälteste Region in der gesamten Atmosphäre. Diese tiefen Temperaturen führen zur Bildung von leuchtenden Nachtwolken in den Sommermonaten. Im Winter ist die Mesopausen-Region dagegen trotz Polarnacht bis zu 90 K wärmer als im Sommer.

Grund für dieses auf den ersten Blick widersprüchliche Verhalten sind Schwerewellen, die durch Energie- und Impulstransport in der Atmosphäre einen großen Einfluss auf die Dynamik und damit über adiabatische Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse auch auf die Temperaturstruktur haben. Um diese Prozesse besser zu verstehen und in Klimamodellen richtig berücksichtigen zu können, müssen sowohl die jahreszeitlichen Variationen der Temperaturstruktur untersucht werden, die im Folgenden gezeigt werden, als auch die kurz-periodischen Temperatur-Schwankungen, die durch Schwerewellen und Gezeiten verursacht werden.

Methoden

Zur Untersuchung der thermischen Struktur werden das ALOMAR Rayleigh/Mie/Raman (RMR-)Lidar, meteorologische Raketen (fallende Kugeln) sowie Ballon-Messungen benutzt. Aus den Messungen mit dem ALOMAR RMR-Lidar und den meteorologischen Raketen werden Luftdichte-Profile bestimmt, von denen dann unter der Annahme hydrostatischen Gleichgewichts Temperatur-Profile abgeleitet werden. Die dafür notwendige Start-Temperatur am oberen Rand wird aus Referenzatmosphären wie CIRA86 oder NRLMSISE-00 entnommen.

Weitere Einzelheiten dazu finden sich in der Beschreibung der Ableitung von Temperaturen aus RMR-Lidar Messungen. Für die Erstellung der Temperatur-Klimatologie über ALOMAR wurden alle Messungen von mehr zwei Stunden Dauer aus den Jahren 1997–2005 ausgewertet.

Veröffentlichungen (Auswahl)

  • Fiedler, J., G. Baumgarten, G. von Cossart and A. Schöch (2004), Lidar observations of temperatures, waves and noctilucent clouds at 69°N, in Proceedings of the SPIE symposium "Remote sensing of clouds and the atmosphere IX", Bd. 5571, edited by K. P. Schäfer, A. Comerón, M. R. Carleer, R. H. Picard and N. I. Sifakis, pp. 140–151, SPIE, Bellingham,WA, Maspalomas, Canary Islands, Spain, doi:10.1117/12.564772.
  • Lübken, F.-J. (1999), Thermal structure of the Arctic summer mesosphere, J. Geophys. Res., 104(D8), pp. 9135–9149, doi:10.1029/1999JD900076.
  • A. Schöch, G. Baumgarten und J. Fiedler, Polar middle atmosphere temperature climatology from rayleigh Lidar measurements at ALOMAR (69°N), Ann. Geophys., 26(7), 1681-1698, 2008.
  • S. Suzuki, F.-J. Lübken, G. Baumgarten, N. Kaifler, R. Eixmann, B. P. Williams und T. Nakamura, Vertical propagation of mesoscale gravity wave from the lower to the upper atmosphere, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 97, 29-36, doi:10.1016/j.jastp.2013.01.012, 2013.
  • A. Szewczyk, B. Strelnikov, M. Rapp, I. Strelnikova, G. Baumgarten, N. Kaifler, T. Dunker und U.-P. Hoppe, Simultaneous observations of a mesospheric inversion layer and turbulence during the ECOMA-2010 rocket campaign, Ann. Geophys., 31, 775-785, doi:10.5194/angeo-31-772-2013, 2013.

Ansprechpartner

Dr. Gerd Baumgarten

Temperatur ALOMAR

Temperaturstruktur vom Boden bis 90 km Höhe über ALOMAR aus Messungen mit dem RMR-Lidar und fallenden Kugeln (in den Sommermonaten) sowie aus Analysen des operationellen ECMWF-Modells (unterhalb von 30 km) für die Jahre 1997–2005.

Kooperationen