Eine Welle erfasst die mittlere bis obere Atmosphäre
13. Dezember 2010
Eine Welle erfasst die mittlere bis obere Atmosphäre
Die Gegenüberstellung von DAI (rot) und Mesopausentemperatur (schwarz)
zeigt eine Schwingung mit einer Periodendauer von etwa 16 Tagen in beiden Datensätzen ab etwa Mitte Oktober. Die Zirkulationsumstellung von Sommer- auf Winterbedingungen erfolgt typischerweise im September eines Jahres.
(in schwarz) schwankt im Laufe eines Jahres stark zwischen etwa 160 und 230K. Entfernt man diesen Jahresgang, so kommen Schwingungen mit Periodendauern von mehreren Tagen zum Vorschein, so genannte planetare Wellen.
Bei gemeinsamer Betrachtung des nordhemisphärischen dynamischen Aktivitätsindex (DAI), der ein Maß für die großräumige stratosphärische Dynamik darstellt, und der Temperatur in der oberen Mesosphäre über Oberpfaffenhofen ist ein sehr ähnlicher Verlauf der beiden Zeitreihen in den Monaten Oktober und November zu erkennen (Abbildung 1). In beiden Messreihen findet sich eine prägnante Schwingung mit einer Periodendauer von etwa 16 Tagen wieder. Dies ist typisch für so genannte planetare Wellen, d.h. Wellenphänomene, die die gesamte Erde umspannen. Sie können sich aufgrund der in der Atmosphäre vorherrschenden Winde nur im Winter von der unteren in die mittlere Atmosphäre (~ 10 - 100km) ausbreiten. Der hier vorgestellte ähnliche Verlauf der beiden Kurven in Abbildung 1 ist ein direkter Hinweis darauf, dass es sich bei der Atmosphäre um ein gekoppeltes System handelt. Immerhin liegen die beiden Messungen etwa 60km in der Höhe auseinander: während die Temperatur der Mesopausenregion einer Höhe von etwa 87km zuzuordnen ist, bezieht sich der DAI auf etwa 20-30km Höhe.
Sichtbar sind planetare Wellen nicht nur in der Temperatur, sondern auch teilweise im Ozon, das zur Berechnung des DAI verwendet wird. Bei Ozon handelt es sich – in großen Teilen der Atmosphäre - um ein chemisch relativ stabiles Gas, das Luftbewegungen wie sie z.B. aufgrund von planetaren Wellen entstehen, nachvollzieht. Der DAI wird am DLR für die jeweilige Hemisphäre routinemäßig getrennt berechnet, täglich aktualisiert und im ICSU/WMO Weltdatenzentrum für Fernerkundung der Atmosphäre, WDC-RSAT, verfügbar gemacht. Er dient der „Sichtbarmachung“ der Aktivität der planetaren Wellen, die die großräumige Dynamik prägen. Im Laufe eines Winters nimmt er gewöhnlicherweise stark zu, bis er etwa im März endgültig zusammenbricht (siehe Abbildung 2). Damit verbunden ist die Umstellung der atmosphärischen Zirkulation von Winter- auf Sommerbedingungen. Der sogenannte stratosphärische Jet ändert seine Windrichtung je nach Jahreszeit um 180°, im Gegensatz zum Jetstream (~ 10km Höhe), der das ganze Jahr in dieselbe Richtung weht. Die erneute Umstellung von Sommer- auf Winterbedingungen hat sich dieses Jahr im Laufe des Septembers vollzogen. Dies erklärt unmittelbar, warum Anfang September kein ähnlicher Verlauf zwischen DAI und Mesopausentemperatur beobachtet werden konnte.
Seit Januar 2009 wird im DFD in Oberpfaffenhofen auch routinemäßig die Temperatur in der Mesopausenregion beobachtet. Mit dem Infrarot-Spekrometer GRIPS 7, welches sich auf der Zugspitze befindet, wird jede Nacht vollautomatisch die emittierte Strahlung aus etwa 87 km Höhe gemessen (Abbildung 3). In diesem Höhenbereich befindet sich die Schicht des atmosphärischen Luftleuchtens, die sogenannte Airglow-Schicht. Die erhobenen Daten dienen der Beobachtung von Klimasignalen in diesem Höhenbereich und fließen ebenfalls in das Archiv des ICSU/WMO Weltdatenzentrums für Fernerkundung der Atmosphäre, WDC-RSAT, ein (siehe oben).
