Modelluntersuchungen zu Rotations-Schwingungs-Anregungen von Hydroxyl-Molekülen in der Mesosphäre und Rotationstemperaturen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel dieses Projektes war es, Hydroxyl-Moleküle in verschiedenen Rotations-Schwingungs-Zuständen in der Mesopausenregion zu untersuchen. Zu diesem Zweck ist ein kinetisches Modell der Schwingungs- und Rotations-Anregungen von OH-Molekülen entwickelt worden. Das Modell berechnet die Bildung und Reaktionen von OH für Schwingungsquantenzahlen 1-9 und maximale Rotationsanregungen in beiden Spin- Zuständen. Es erfasst alle relevanten Prozesse, die die Produktion und Relaxation der einzelnen Anregungszustände beeinflussen. Da einige der kinetischen Parameter des OH-Systems unsicher bzw. kaum bekannt sind (dies betrifft insbesondere die Übergänge zwischen den beiden Spin-Zuständen beim Quenching), wurde das Programm verwendet, um Modellparameter durch Messdatenanpassung zu bestimmen. Die OH-Messdaten stammen vom astronomischen Échelle-Spektrograph UVES der Europäische Südsternwarte (Cerro Paranal, Chile). Sie sind von unserem Projektpartner Dr. S. Noll (DLR Oberpfaffenhofen) zur Verfügung gestellt worden. Es zeigte sich, dass das Modell die gemessenen OH-Anregungen reproduzieren kann. Insbesondere stimmen Modell und Messung in der Existenz einer bimodalen Temperatur-Struktur überein. Werden die freien Modellparameter an die Messdaten angepasst, so ergibt sich in weiten Energie-Bereichen eine gute Übereinstimmung zwischen Modell und Messungen. Mit Hilfe des Modells können insbesondere die Besetzungen der Rotationszustände analysiert und Abweichung vom lokalen thermodynamischen Gleichgewicht bewertet werden. Dadurch ist es möglich, Unterschiede zwischen spektroskopisch bestimmten Rotationstemperaturen und der (gaskinetischen) Atmosphärentemperatur zu untersuchen. Es zeigt sich, dass die Temperatur-Differenzen einerseits mit steigender Höhe und andererseits mit wachsender Vibrationsquantenzahl zunehmen. Typische Temperaturdifferenzen liegen zwischen 1-2 Kelvin für geringe Vibrationsanregungen in 80 km Höhe und bis zu ca. 20 K in 90 km Höhe für Vibrationsquantenzahlen v>6.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Model studies on vibrationally-rotationally excited hydroxyl molecules in the mesopause region, EGU 2020, Online
J. Notholt; H. Winkler; S. Noll
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OH level populations and accuracies of Einstein-A coefficients from hundreds of measured lines, Atmos. Phys. Chem., 20, 5269- 5292
Noll S., Winkler H., Goussev O., and Proxauf B.
