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)

• R. Wörl, B. Strelnikov, T. P. Viehl, J. Höffner, P.-D. Pautet, M. J. Taylor, Y. Zhao und F.-J. Lübken, Thermal structure of the mesopause region during the WADIS-2 rocket campaign, Atmos. Chem. Phys., 19, 77-88, doi:10.5194/acp-19-77-2019, 2019.
• J. Hildebrand, G. Baumgarten, J. Fiedler und F.-J. Lübken, Winds and temperatures of the Arctic middle atmosphere during January measured by Doppler lidar, Atmos. Chem. Phys., 17(21), 13345-13359, doi:10.5194/acp-17-13345-2017, 2017.