Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Atmosphärenphysik

Betreuer: Prof. Dr. Franz-Josef Lübken



Dipl.-Phys. Armin Rudolf Schöch
(e-mail: schoech@iap-kborn.de )

Temperatur-Struktur und Schwerewellen in der arktischen mittleren Atmosphäre über ALOMAR (69.3°N, 16°E)

Das ALOMAR Rayleigh/Mie/Raman-Lidar wird zur Beobachtung der polaren mittleren Atmosphäre über Nord-Norwegen (69,3°N, 16,0°O) eingesetzt. Es untersucht seit 1994 die Temperatur in der gesamten mittleren Atmosphäre, leuchtende Nachtwolken und polare Stratosphärenwolken. Diese Doktorarbeit gibt einen Überblick der mit dem Lidar zwischen 1997 und 2005 gemessenen Temperaturen in der mittleren Atmosphäre. Dabei können bei Dunkelheit Temperaturen im Höhenbereich 30km - 85km bestimmt werden, während im polaren Sommer bei Tageslicht der Höhenbereich 30km - 65km untersucht werden kann.

Der Jahresgang der mit dem Lidar gemessenen Temperaturen passt am unteren Rand dieses Höhenbereichs sehr gut zu ECMWF Analysen und an seinem oberen Rand im Sommer zur Lübken1999 Raketen-Klimatologie. Beim Vergleich zu anderen Referenz-Atmosphären ergeben sich insbesondere im Winter teilweise große Differenzen. Diese Temperaturunterschiede sind zu großen Teilen durch stratosphärische Erwärmungen und die insgesamt höhere Variabilität im Winter zu erklären. Während stratosphärischer Erwärmungen wird oft eine Abkühlung in der mittleren Mesosphäre beobachtet. Mesosphärische Inversionsschichten treten nur in 4,6% aller Messungen auf.

Schwerewellen werden in der mittleren Atmosphäre als kurz-periodische Temperaturschwankungen beobachtet. Die Wellenenergie in der Stratosphäre hat Maxima im Winter und Sommer und Minima in den Übergangs-Jahreszeiten. Das unterschiedliche Amplituden-Wachstum mit steigender Höhe weist auf stärkere Wellen-Dämpfung im Winter als im Sommer hin. Der Einfluss des Hintergrundwinds auf die Wellen-Ausbreitung wird anhand von Wavelet-Transformationen in einer Winter-Fallstudie gezeigt. Eine Fallstudie aus der MaCWAVE/MIDAS Raketen-Kampagne im Sommer 2002 zeigt die Vorteile der Kombination von Lidar-, Radar-, Raketen- und Radiosonden-Messungen für die Schwerewellen-Analyse.