TIMA

Trends  in der Mittleren Atmosphäre

Prof. Dr. F.-J. Lübken, Prof. Dr. E. Becker, Dr. U. Berger, Dr. P. Hoffmann
Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik
Kühlungsborn


Ziel des TIMA-Projekts ist die Analyse von Trends in der mittleren Atmosphäre (10-110 km) und deren Relevanz für Klimafragestellungen. In diesem Projekt wollen wir Modellrechnungen mit beobachteten Temperaturzeitreihen vergleichen, um die Diskrepanz zwischen beobachteten und vorhergesagten Trends in der Mesosphäre zu klären. Hierzu sollen die physikalischen Prozesse untersucht werden, die für die starken Temperaturänderungen in der Mesosphäre verantwortlich sind. Unsere bisherigen Analysen hinsichtlich des Einflusses der Spurengase CO2 und Ozon sowie des solaren Zyklus' basieren auf einem Modell mit vorgeschriebener unterer Atmosphäre aus Re-Analysen. Diese Modellrechnungen sollen nun zeitlich erweitert werden, und zwar in die Vergangenheit bis zum Ende des 19. Jahrhunderts als auch in die Zukunft auf Basis von Klimaszenarien für das 21. Jahrhundert.

Interne Schwerewellen sind die wichtigste dynamische Komponente für die obere Mesosphäre und ihre Kopplung an die Troposphäre. Unter diesem Aspekt sollen Trends in den mittleren Winden und in Schwerewellen auf Basis von langzeitlichen Radarmessungen am IAP sowie anhand von mechanistischen Modellrechnungen untersucht werden. Es gibt starke experimentelle Hinweise, dass Trends in mesosphärischen Winden tatsächlich existieren. Allerdings hat es eine quantitative Erklärung in Bezug auf die physikalischen Vorgänge noch nicht gegeben. Trends werden auch in der mesosphärischen Schwerewellenaktivität beobachtet, aber die physikalischen Vorgänge in Bezug auf Quellen und Filterung sind ebenfalls noch unklar. Hierzu  werden wir globale Modellstudien mit aufgelösten Schwerewellen durchführen und versuchen, mögliche Trends in Schwerewellenquellen und deren Auswirkungen auf die Mesosphäre zu identifizieren.

Der Höhenbereich 80-90 km ist auch die Region, in der Eiswolken seit mehr als 100 Jahren beobachtet werden. Diese Eiswolken (NLC/PMC) existieren in der Sommermesopausenregion polwärts von 50° N und können sich nur unter sehr kalten Temperaturen unterhalb von etwa 150 K ausbilden. Obwohl der Wasserdampfgehalt in der Mesopausenregion mit 1-7 ppmv sehr gering ausfällt, ist diese Feuchtekonzentration ausreichend für die Bildung von Eisteilchen. Die Nukleation und das Wachstum dieser Eispartikel reagiert sehr empfindlich auf Änderungen der Temperatur und des Wasserdampfes. Aus diesem Grund werden NLC/PMC auf ihre Rolle als potentieller Indikator für Klimänderungen der globalen Atmosphäre untersucht. Darüber hinaus wollen wir analysieren, warum (1) NLC nicht vor dem Ausbruch des Krakatau im Jahre 1883 zu beobachten gewesen sind und (2) warum NLC Höhen seit nun mehr 130 Jahren eine praktisch unveränderte Höhe besitzen.


Ausgewählte Literatur:

U. Berger and F.-J. Lübken. Mesospheric temperature trends at mid-latitudes in summer. Geophys. Res. Lett., 2011.

Becker, E. (2009), Sensitivity of the upper mesosphere to the Lorenz energy cycle of the troposphere, J. Atmos. Sci., pp. 647{666, doi:10.1175/2008JAS2735.1.

P. Hoffmann, M. Rapp, W. Singer, and D. Keuer. Trends of mesospheric gravity waves at northern middle latitudes during summer. J. Geophys. Res., 116, 2011.

F.-J. Lübken and U. Berger. Latitudinal and interhemispheric variation of stratospheric effects on mesospheric ice layer trends. J. Geophys. Res., 116, 2011.

F.-J. Lübken, U. Berger, J. Kiliani, G. Baumgarten, and J. Fiedler. Solar variability and trend effects in mesospheric ice layers. In F.-J. Lubken, editor, Climate And Weather of the Sun-Earth System (CAWSES): Highlights from a priority program. Springer, Dordrecht, The Netherlands, 2012.