Modelluntersuchungen von vibrationell angeregten Hydroxyl-Molekülen und Luftglühen unter Einwirkung von Ionisationsereignissen.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Emisssionen vibrationell angeregter Hydroxyl-Moleküle (OH*) enthalten wichtige Informationen über chemische und dynamische Prozesse in der irdischen Mesosphäre (der Höhenbereich von etwa 45-90 km). Die Untersuchung von OH* während sporadischer Ionisationsereignisse stellt eine interessant Möglichkeit dar, unser Verständnis der Mesosphäre unter gestörten Bedingungen zu überprüfen. Bisher sind die beobachteten OH*-Emissionen durch Ionisationsereignisse jedoch kaum erforscht. Das Ziel dieses Projektes war, die Auswirkungen von Ionisationsvorgängen auf OH* in der Mesosphäre zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden bestehende Ionen- und Plasmachemie-Modelle verbessert. Zum einen wurde ein Ionenchemiemodell verwendet, dass um die Prozesse erweitert wurde, die für die Simulation von vibrationell angeregtem Hydroxyl OH* erforderlich sind (chemische Reaktionen, Quenching und Emissionen). Das Modell eignet sich zur Simulation von Ionisationsprozessen durch präzipitierende geladene energetische solare Teilchen. Zur Simulation der Prozesse in elektrischen Entladungen ist ein komplexeres Modell erforderlich, das insbesondere die zusätzlichen Energieaustausch-Reaktionen angeregter Atome und Moleküle berücksichtigt. Das Ionenchemie-Modell wurde auf das große solare Teilchenereignis im Oktober/November 2003 in der nördlichen Polarregion angewendet. Es zeigte sich, dass die gemessenen OH*-Störungen aus einem Zusammenspiel von dynamischen und chemischen Veränderungen resultieren. Insbesondere ist das Modell nur dann in der Lage, die beobachteten OH*-Emissionen zu reproduzieren, wenn Temperaturveränderungen berücksichtigt werden. Der Haupteffekt kommt durch temperaturabhängige chemische Reaktionsraten zustande. Die ionenchemischen Prozesse sind von untergeordneter Bedeutung. Das Plasmachemie-Modell wurde verwendet, um die Prozesse in den Plasmafilamenten so genannter Wetterkobolde oberhalb aktiver Gewitterwolken zu simulieren. Das Modell sagt ein charakteristisches Muster der Anregungen der verschiedenen Vibrationszustände voraus. Direkt nach der elektrischen Entladung sind die Konzentrationen aller Vibrationszustände signifikant erhöht. Nach wenigen Sekunden jedoch nehmen die hohen Anregungszustände sehr schnell ab. Den Hauptgrund hierfür bilden die verschiedenen Anregungsreaktionen für die niedrigen und hohen Vibrationszustände sowie effiziente Quenchingreaktionen. Die simulierten Konzentrationen von OH* sind am höchsten in der mittleren Mesosphäre. Sie können daher als eine mögliche Quelle der bisher ungeklärten Emissionen während elektrischer Entladungen in diesem Höhenbereich angesehen werden. Ein Vergleich der simulierten und gemessenen Emissionen ist geplant.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Hydroxyl emission altitude variability during the last solar cycle retrieved from SCIAMACHY nightglow observations, EGU General Assembly, 2015
G. Teiser, C. von Savigny, and Holger Winkler
- Effect of the solar proton events on the OH Meinel emission altitude and variability in Hydroxyl airglow during the last solar cycle retrieved from SCIAMACHY nightglow observations, DPG Regensburg, 2016
G. Teiser, C. von Savigny, H. Winkler
- Modelling the effects of solar particle events on vibrationally excited hydroxyl, EGU General Assembly, Vienna, 2016
H. Winkler, J. M. Wissing, G. Teiser, C. von S., and J. Notholt
