Analyse der Langzeitentwicklung der Mesopausenregion hergeleitet aus Beobachtungen der OH(3,1) Rotationstemperaturen

• Antragsteller: Dr. Christoph Kalicinsky
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 519284835

Langperiodische Temperaturänderung sind weit verbreitet bei atmosphärischen Temperaturen. Ein prominentes Beispiel ist der 11-Jahreszyklus der Sonne, den man in vielen Temperaturzeitreihen vom Boden bis in die untere Thermosphäre beobachten kann. Darüber hinaus gibt es aber auch Temperaturfluktuationen mit Perioden von ca. 20 und ca. 70 Jahren in Oberflächentemperaturen. Diese quasi-20-Jahresschwingung wurde auch in stratosphärischen Temperaturen beobachtet. In einer vorangegangenen Studie haben wir diese Schwingung auch in OH(3,1)-Rotationstemperaturen in der Mesopausenregion nachgewiesen, die von Wuppertal aus mit GRIPS-Geräten (GRound-based Infrared P-branch Spectrometers) beobachtet wurden. Die Schwingung hat einen sehr großen Einfluss auf die Bestimmung jeder Art von linearem Trend in der Mesopausenregion, d.h. der Trend unterscheidet sich sehr stark je nach untersuchtem Zeitraum. Die Schwingung beeinflusst natürlich auch jegliche temperaturabhängige Größe wie z.B. die Sommerlänge (equivalent summer duration (ESD)). Diese Sommerlänge ist definiert als der Zeitraum, in dem die Temperaturen unterhalb des Schwellwerts von 198 K liegen. In vorherigen Studien zeigte sich eine Zunahme der Sommerlänge. Die neue Erkenntnis über die quasi-20-Jahresschwingung und der deutlich längere Datensatz, der jetzt verfügbar ist, ermöglichen eine erneute Analyse der Sommerlänge und eine Zuordnung der Änderungen zu Langzeitänderung (z.B. 11-Jahreszyklus, quasi-20-Jahresschwingung) oder Änderung der Form des Jahresgangs. Neben den Temperaturen zeigen auch andere atmosphärische Größen diese quasi-20-Jahresschwingung oder eine Trendumkehr in den 2000ern , d.h. vor und nach dem Zeitpunkt ist der lineare Trend entgegengesetzt. Die Wellenaktivität sowohl der planetaren Wellen als auch der Schwerewellen gehört dazu. Da diese Wellen der Antrieb der Zirkulation in der Strato- und Mesosphäre sind, sind sie von großer Bedeutung. In früheren Studien wurde schon gezeigt, dass die planetare Wellenaktivität eine quasi-20-Jahresschwingung und die Schwerewellenaktivität eine Trendumkehr im Jahr 2004 zeigt. Aber diese Studien waren alle limitiert in dem Untersuchungszeitraum, da nur deutlich kürzere Zeitreihen als jetzt zur Verfügung standen. Des weiteren waren auch Teile der Schwerewellenanalyse bzgl. der Perioden limitiert. Mit der nun längeren Zeitreihe und auch verbesserten Methoden ist es möglich, eine wesentlich detailliertere Analyse der Langzeitentwicklung der Wellenaktivität durchzuführen. Die neue Methode basiert auf dem Lomb-Scargle-Periodogramm, einer Methode mit der Zeitserien mit Datenlücken analysiert werden können, was sehr häufig bei OH(3,1)-Rotationstemperaturen auftritt. In den vorangegangenen Studien musste entweder der Untersuchungszeitraum beschränkt werden (Schwerewellen) oder aber die die Datenlücken mussten mit Hilfe von Interpolationen ausgefüllt werden (Planetare Wellen). Unsere neue Methode kann diese beiden Nachteile umgehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen