MesoEnergy

Das Energiebudget der Mesosphäre - eine Untersuchung anhand von Satellitendaten und gekoppelten globalen Modellen

Dr. Miriam Sinnhuber, Dr. Thomas Reddmann, Dr. Thomas von Clarmann, und Dr. Stefan Bender
Karlsruher Institut für Technologie, Institute für Meteorologie und Klimaforschung, Karlsruhe

Neue Beobachtungen legen nahe, daß sich Störungen der Dynamik der mittleren Atmosphäre von der Mesosphäre (~50-95 km) bis zur Erdoberfläche ausbreiten können. Die genaue Beschreibung der Dynamik der mittleren und unteren Atmosphäre in gekoppelten Chemie-Klimamodellen erfordert deshalb ein gutes Verständnis der Prozesse, die den Energiehaushalt der Mesosphäre bestimmen. Dies ist auch eine wesentliche Voraussetzung für die Bestimmung des Einflusses der mittleren Atmosphäre auf das Klima an der Erdoberfläche.

Der Energiehaushalt der Mesosphäre setzt sich aus solaren Heizraten, Strahlungskühlung im infraroten Spektralbereuch, sowie dynamischen und chemischen Heiz- und Kühlprozessen zusammen. Im Bereich der Aurora kann außerdem Joule-Dissipation eine Rolle spielen. In diesem Projekt verwenden wir globale Beobachtungen der Satelliteninstrumente SCIAMACHY und MIPAS, die beide von 2002 - 2012 vom europäischen Forschungssatelliten ENVISAT aus gemessen haben, um die wichtigsten Anteile des mesosphärischen Energiehaushalts zu bestimmen. Aus den Daten werden folgende Größen abgeleitet: die Temperatur, aus den gemessenen Emissivitäten im infraroten  Spektralbereich Strahlungskühlung, solares Heizen aus den angeregten O2-Übergängen, chemisches Heizen aus den angeregten Zuständen von OH und O2, und dynamische Heizen aus der veränderlichen Verteilung von inerten Spurengasen. Zusätzlich wird möglicherweise auch das Joule-Heizen aus NO-Emissionen im Infraroten im Aurorabereichabgeleitet. Einige dieser Datenprodukte werden innerhalb des Projektes prozessiert, andere werden von anderen ROMIC-Projekten zur Verfügung gestellt.

Die Datenprodukte werden auf zwei Arten analysiert: zum Einen werden sie verwendet, um ein Budget der verschiedenen Energieterme in der Mesosphäre aufzustellen. Dadurch werden mögliche fehlende Beiträge quantifiziert. Zum Anderen werden die Daten verwendet, um die Beschreibung der einzelnen Terme in gekoppelten Chemie-Klimamodellen der Mesosphäre zu evaluieren. Defizite der Modelle sollen so identifiziert werden, und die Beschreibung der entsprechenden Terme im Modell, und damit die Repräsentation der Dynamik in gekoppelten Chemie-Klimamodellen der mittleren Atmosphäre, verbessert werden.