@phdthesis{Hoeppner2009,
  author    = {H{\"o}ppner, Kathrin},
  title     = {Beobachtung des Hydroxyl (OH*)-Airglow: Untersuchung von Klimasignalen und atmosph{\"a}rischen Wellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-33588},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Die obere Mesosph{\"a}re ist die Atmosph{\"a}renschicht, die von etwa 80-100 km H{\"o}he reicht. Aufgrund der geringen Luftdichte - sie ist f{\"u}nf bis sechs Gr{\"o}ßenordnungen geringer als an der Erdoberfl{\"a}che - und der effektiven Abstrahlung von W{\"a}rme in den Weltraum („Strahlungsk{\"u}hlung") wird generell angenommen, dass Klimasignale in diesem H{\"o}henbereich sehr viel ausgepr{\"a}gter sein sollten als in den unteren Atmosph{\"a}renschichten. Es wird daher erwartet, dass Beobachtungen in dieser Region der Atmosph{\"a}re eine fr{\"u}hzeitige Erkennung von Klimatrends mit guter statistischer Signifikanz erlauben sollten. Daten, die von diesen Messungen bereitgestellt werden, sind wichtig f{\"u}r die Weiterentwicklung und Verbesserung numerischer Klimamodelle, die die mittlere Atmosph{\"a}re abdecken. Dieser H{\"o}henbereich der Atmosph{\"a}re ist messtechnisch jedoch nur schwer zug{\"a}nglich. Die Dichte der Messnetze ist keinesfalls vergleichbar mit denen f{\"u}r die Beobachtung etwa der Stratosph{\"a}re oder der Troposph{\"a}re; Routinemessungen gibt es kaum. Direkte Messungen werden mit raketengest{\"u}tzten Instrumenten, indirekte Messungen {\"u}ber satellitengest{\"u}tzte und bodengebundene Techniken, wie z.B. Lidar, Radar und Spektroskopie, vorgenommen. Die vorliegende Arbeit basiert auf Daten des „GRound-based Infrared P-branch Spectrometer (GRIPS)", das Infrarot-Emissionen aus der sogenannten OH*-Airglow-Schicht misst, aus denen die Temperatur in ~87 km H{\"o}he abgeleitet werden kann. Neben anthropogenen Einfl{\"u}ssen auf das Klima gibt es nat{\"u}rliche Effekte, die Temperaturschwankungen in der oberen Mesosph{\"a}re verursachen k{\"o}nnen. F{\"u}r die Interpretation experimenteller Daten ist das Verst{\"a}ndnis dieser nat{\"u}rlichen Quellen der Variabilit{\"a}t wichtig. Daher wird mithilfe einer 25-j{\"a}hrigen Zeitreihe der {\"u}ber Wuppertal (51,3°N, 7,2°O) gemessenen OH*-Temperaturen die potentielle Wechselwirkung der Dynamik der oberen Mesosph{\"a}re mit der Sonnenaktivit{\"a}t untersucht. Eine Korrelation der Aktivit{\"a}t planetarer Wellen mit dem solaren Magnetfeld (22-j{\"a}hriger solarer Hale-Zyklus) konnte festgestellt werden. Als m{\"o}glicher physikalischer Mechanismus wird vorgeschlagen, dass der Ringstrom im Erdinnern und damit das interne Magnetfeld der Erde durch das solare Magnetfeld moduliert wird, was wiederum zu Modulationen des totalen Magnetfeldes im Erdinnern {\"u}ber die Kopplung elektromagnetischer Drehmomente zwischen dem Erdkern und dem Erdmantel f{\"u}hrt. Als Folge sollte die Rotationsperiode der Erde - und damit die Aktivit{\"a}t planetarer Wellen - durch die solare Magnetfeldst{\"a}rke moduliert sein. Der Aktivit{\"a}t planetarer Wellen ist zudem eine quasi-zweij{\"a}hrige Schwingung {\"u}berlagert. Zumeist ist die Wellenaktivit{\"a}t verst{\"a}rkt, wenn sich die Windrichtung des mittleren zonalen Windes der {\"a}quatorialen Quasi-Biennalen Oszillation (QBO) von einem Westwind zu einem Ostwind umkehrt. Dar{\"u}ber hinaus konnte festgestellt werden, dass die unregelm{\"a}ßige Verteilung der Sonnenflecken auf der Sonnenscheibe aufgrund der Rotation der Sonne zu Fluktuationen der OH*-Temperatur f{\"u}hrt. H{\"a}ufig beobachtet werden ausgepr{\"a}gte spektrale Komponenten in den OH*-Temperaturfluktuationen im Periodenbereich von 27 bis 31 Tagen. Diese Signaturen werden vorl{\"a}ufig auf die differentielle Rotation der Sonne zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. Dynamische Prozesse wie z.B. atmosph{\"a}rische Schwerewellen sind von großer Bedeutung f{\"u}r den Energiehaushalt der oberen Mesosph{\"a}re / unteren Thermosph{\"a}re (MLT-Region). Daher m{\"u}ssen sie in Klimamodellen ber{\"u}cksichtigt werden, was derzeit jedoch nur durch einfache Parametrisierungen bewerkstelligt werden kann. Um eine m{\"o}glichst realistische Modellierung der großr{\"a}umigen Zirkulationssysteme zu erm{\"o}glichen, ist die Kenntnis der Strukturfunktionen der Schwerewellen sowie ihre Quell- und Senkenst{\"a}rken in Raum und Zeit erforderlich. Messungen von Schwerewellen sind daher unabdingbar. In der vorliegenden Arbeit werden im Rahmen von Fallstudien Temperatursignaturen untersucht, wie sie von Schwerewellen erzeugt werden. Verwendet werden hierf{\"u}r zeitlich hoch aufgel{\"o}ste OH*-Temperaturzeitreihen aufgenommen am Hohenpeißenberg (47,8°N, 11,0°O) und an der Zugspitze (47,5°N, 11,0°O). Durch den Alpenkamm induzierte Schwerewellen k{\"o}nnen identifiziert und Schwerewellenparameter wie beispielsweise die Ausbreitungsrichtung oder die Phasengeschwindigkeit quantifiziert werden. Messungen, aufgenommen von Bord des deutschen Forschungsschiffes „Polarstern" im Golf von Biskaya (um 48°N, 6°O), werden mit satellitenbasierten Beobachtungen kombiniert. Es wird gezeigt, dass Schwerewellen, die von einem atlantischen Zyklon erzeugt werden, die Temperatur in der Mesopausenregion beeinflussen k{\"o}nnen. Das GRIPS-System ist ferner prinzipiell zur schnellen Erkennung von Naturgefahren wie z.B. Tsunamis, Erdbeben oder Vulkanaktivit{\"a}t geeignet, da solche Ereignisse Infraschall erzeugen, der wiederum erkennbare Temperaturfluktuationen in der OH*-Airglow-Schicht verursacht. Am Beispiel des Sumatra-Tsunamis von 2004 wird diese M{\"o}glichkeit quantitativ diskutiert.},
  subject      = {Mesopause},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hertig2004,
  author    = {Hertig, Elke},
  title     = {Niederschlags- und Temperaturabsch{\"a}tzungen f{\"u}r den Mittelmeerraum unter anthropogen verst{\"a}rktem Treibhauseffekt},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8740},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Unter Einbezug von modellsimulierten großskaligen Geopotential-, Feuchte- und Meeresoberfl{\"a}chentemperaturfeldern f{\"u}r Szenarien eines anthropogen verst{\"a}rkten Treibhauseffekts wird der Niederschlag bzw. die Temperatur im Mittelmeerraum f{\"u}r das 21. Jahrhundert mit der Methode des statistischen Downscalings abgesch{\"a}tzt. Die als Gitterfelder mit 0.5° r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung vorliegenden Niederschlags- und Temperaturdaten des CRU-(Climatic Research Unit in Norwich) Datensatzes werden jeweils mittels s-modaler Hauptkomponentenanalyse in Regionen unterteilt. Die resultierenden Zeitreihen der regionalen Variationszentren offenbaren dabei unterschiedliche Niederschlags- und Temperaturverh{\"a}ltnisse in den verschiedenen mediterranen Teilregionen im Untersuchungszeitraum 1948-1998. Als großskalige Einflussgr{\"o}ßen dienen Reanalysedaten des NCEP/NCAR (National Centers for Environmental Prediction/ National Center for Atmospheric Research) der geopotentiellen H{\"o}hen der 1000hPa-und 500hPa-Niveaus und der spezifischen Feuchte im 1000hPa-Niveau. Als ozeanische Einflussgr{\"o}ßen werden Meeresoberfl{\"a}chentemperaturdaten des Nordatlantiks und des Mittelmeers verwendet. Zur Dimensionsreduktion und zur Beseitigung linearer Abh{\"a}ngigkeiten gehen die verschiedenen Pr{\"a}diktorfelder ebenfalls, jeweils getrennt, in s-modale Hauptkomponentenanalysen ein. Anschließend wird der Verlauf des Niederschlags bzw. der Temperatur der regionalen Variationszentren in den Monaten Oktober bis Mai 1948-1998 mit der großr{\"a}umigen atmosph{\"a}rischen und ozeanischen Variabilit{\"a}t im gleichen Zeitraum verkn{\"u}pft. Dies geschieht in mehreren Kalibrierungsabschnitten unter Verwendung von Kanonischen Korrelationsanalysen und multiplen Regressionsanalysen. Die erstellten statistischen Zusammenh{\"a}nge werden dann in von der Kalibrierung unabh{\"a}ngigen Verifikationszeitr{\"a}umen {\"u}berpr{\"u}ft. Die erzielten Modellg{\"u}ten in den Verifikationsperioden werden herangezogen, um die besten statistischen Modelle f{\"u}r die Zukunftsabsch{\"a}tzungen auszuw{\"a}hlen. Dabei zeigt sich, dass f{\"u}r den mediterranen Niederschlag die besten Modellg{\"u}ten im Allgemeinen mit der Pr{\"a}diktorenkombination 1000hPa-/500hPa-Geopotential und spezifische Feuchte erzielt werden k{\"o}nnen. Die Temperatur im Mittelmeerraum l{\"a}sst hingegen den st{\"a}rksten Zusammenhang mit Werten der 1000hPa-/500hPa-geopotentiellen H{\"o}hen erkennen. Durch Einsetzen von modellsimulierten Werten der Pr{\"a}diktoren in die Regressions-bzw. Kanonischen Korrelationsgleichungen wird schließlich die Reaktion der regionalen Klimavariablen Niederschlag bzw. Temperatur auf Ver{\"a}nderungen der großskaligen Zirkulations-, Feuchte- und Meeresoberfl{\"a}chentemperaturanomalien unter Bedingungen eines anthropogen verst{\"a}rkten Treibhauseffektes abgesch{\"a}tzt. Je nach verwendeter Methode und einbezogener Pr{\"a}diktorenkombination zeigen sich teils erhebliche Unterschiede in den Absch{\"a}tzungsergebnissen. So wird zum Beispiel bei den bedingten Absch{\"a}tzungen f{\"u}r das 21. Jahrhundert der zuk{\"u}nftige Niederschlagsverlauf zum Teil erheblich abgewandelt, wenn modellsimulierte Feuchtewerte zus{\"a}tzlich zu den Geopotentialinformationen einbezogen werden. F{\"u}r die bedingten Absch{\"a}tzungen des regionalen Klimas im Mittelmeerraum im 21. Jahrhundert werden Pr{\"a}diktoren-Modellergebnisse zweier verschiedener IPCC- (Intergovernmental Panel on Climate Change) Emissionsszenarien herangezogen. Zum einen werden modellsimulierte Werte nach IS92a- Szenario herangezogen, zum anderen solche nach j{\"u}ngstem SRESB2-Szenario. Aus beiden verwendeten Szenarienrechnungen gehen im Allgemeinen gleichf{\"o}rmige Tendenzen bei der Entwicklung der Niederschlagssummen im Mittelmeerraum unter anthropogener Verst{\"a}rkung des Treibhauseffektes im 21. Jahrhundert hervor. Unter Verwendung von Pr{\"a}diktorenwerten des Hamburger Klimamodells ECHAM4 nach SRESB2-Szenario (großskalige Einflussgr{\"o}ßen: 1000hPa-/500hPa-geopotentielle H{\"o}hen und 1000hPa-spezifische Feuchte) ergibt sich f{\"u}r den westlichen und n{\"o}rdlichen Mittelmeerraum bei einer anthropogenen Verst{\"a}rkung des Treibhauseffektes eine Verk{\"u}rzung mit gleichzeitiger Intensit{\"a}tszunahme der "feuchten" Jahreszeit. Dies {\"a}ußert sich darin, dass im Winter in diesen Regionen Niederschlagszunahmen im Zeitraum 2071-2100 im Vergleich zu 1990-2019 abgesch{\"a}tzt werden, w{\"a}hrend im Herbst und Fr{\"u}hjahr Niederschlagsr{\"u}ckg{\"a}nge {\"u}berwiegen. In den {\"o}stlichen und s{\"u}dlichen Teilen des Mittelmeerraumes zeigen sich hingegen f{\"u}r die Monate Oktober bis Mai fast ausschließlich negative Niederschlagstendenzen unter Bedingungen eines anthropogen verst{\"a}rkten Treibhauseffektes. F{\"u}r die Temperatur wird unter Verwendung von Modellwerten der großskaligen Einflussgr{\"o}ßen 1000hPa-/500hPa-geopotentielle H{\"o}hen unter SRESB2-Szenariobedingungen ein Temperaturanstieg im gesamten Mittelmeerraum f{\"u}r alle untersuchten Monate (Oktober bis Mai) im Zeitraum 2071 bis 2100 im Vergleich zum Abschnitt 1990-2019 abgesch{\"a}tzt. Die Erh{\"o}hung ist im Herbst und zu Beginn des Fr{\"u}hjahrs insgesamt am st{\"a}rksten ausgepr{\"a}gt.},
  subject      = {Mittelmeerraum},
  language  = {de}
}