@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}
}