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Modellbeschreibung von MIMAS

Das Eistransportmodell (MIMAS) beschreibt die Bildung und den Lebenszyklus von Eisteilchen in der polaren Sommermesopausenregion. MIMAS enthält Module zur Behandlung einer vereinfachten mesosphärischen Chemie und den Transport von Wasserdampf. MIMAS berechnet die Mikrophysik an einzelnen Eisteilchen (40 Millionen) auf ihren 3-d Trajektorienbahnen (Berger und von Zahn, 2002; von Zahn und Berger, 2003). Hierfür benötigt das Eistransportmodell 3-d atmosphärische Hintergrundwinde, Temperaturen, Luftdrücken und –dichten. Diese werden aus einem konsistenten Datensatz eines GCMs, z.B. LIMA geliefert. Weiterhin wird zum ersten Zeitschritt ein 3-d Wasserdampffeld als Startwert genutzt, während innerhalb der zeitlichen Eissimulation Wasserdampfwerte als Randwerte der Eismodelldomäne (78 bis 94 km Höhe, 37.5°N/S bis 90°N/S als Breitenbereich) spezifiziert werden. MIMAS berechnet eine Eiswolkenverteilung während einer ganzen Sommersaison jeweils für die Nordhemisphäre vom 15. Mai bis 25. August und für die Südhemisphäre vom 15. November bis 25. Februar. Hierbei wird die Sommermesopausenregion mit 20 Millionen Nukleationskeimen, den sogenannten Hunten’schen Staubteilchen (Hunten, 1980), aufgefüllt, auf deren Trajektorien die potentielle Eisbildung mittels mikrophysikalischer Prozesse simuliert wird. Innerhalb eines Zeitschritts von 4 min wird für jedes der Staub-/Eisteilchen ein 3-d Transport durch den Hintergrundwind, eine Sedimentationsgeschwindigkeit und turbulente Partikeldiffusion zusätzlich berechnet. Die aktuelle Gesamtmenge aller einzelner Eisteilchen bildet dann Eiswolken mit großräumigen Strukturen, die statistische Analysen der Parameter wie z.B. Häufigkeit, Helligkeit und Höhe der Eiswolken erlauben und damit mit Lidar-Beobachtungen verglichen werden können (siehe auch MIMAS- Ergebnisse (Video, 16 MByte)).

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.
  • U. Berger, G. Baumgarten, J. Fiedler und F.-J. Lübken, A new description of probability density distributions of polar mesospheric clouds, Atmos. Chem. Phys., 19, 4685-4702, doi:10.5194/acp-19-4685-2019, 2019.
  • 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.
  • F. Schmidt, G. Baumgarten, U. Berger, J. Fiedler und F.-J. Lübken, Local time dependence of polar mesospheric clouds: A model study, Atmos. Chem. Phys., 18, 8893-8908, doi:10.5194/acp-18-8893-2018, 2018.

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