Deutsch

Die chemische Zusammensetzung der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS¹) und die dynamischen Prozesse, welche sich in dieser Region abspielen, nehmen großen Einfluss auf den Strahlungsantrieb, und mithin auf das Oberflächenklima. Ein mangelndes quantitatives Verständnis des Bereichs um die Tropopause, und hierbei insbesondere im Hinblick auf den Austausch von Spurenstoffen zwischen Stratosphäre und Troposphäre, begrenzt stark die Vorhersagekraft derzeitiger Klimamodelle. Mehr und räumlich besser aufgelöste Beobachtungen sind vonnöten, um diese Lücke zu schließen. Zu diesem Zwecke wurde der Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere² (GLORIA) entwickelt. GLORIA stellt ein Gemeinschaftsprojekt der deutschen Forschungszentren Forschungszentrum Jülich GmbH und Karlsruher Institut für Technologie dar. Es tritt in die Nachfolge der höchst erfolgreichen MIPAS- und CRISTAInstrumente und wurde für die chemische und dynamische Analyse der UTLS gleichermaßen ausgelegt. Die von GLORIA verwendete abbildende Technologie und die sich aus dieser ergebende hohe Datenrate bieten beispiellose Möglichkeiten für die Datenanalyse, stellen jedoch die Verarbeitung der aufgenommenen Messungen auch vor neue Herausforderungen. In dieser Arbeit wird ein neues, integriertes Datenverarbeitungssystem für GLORIA vorgestellt, zusammen mit neuartigen Techniken für die Kalibration und Diagnose. Als Anwendung der neuen Prozessierungskette wird ein polarer Forschungsflug gezeigt, welcher am 23. September 2012 im Rahmen der TACTS/ESMVal-Messkampagne hauptsächlich oberhalb der skandinavischen Halbinsel durchgeführt wurde. Eine Auswahl von Messungen dieses Fluges wird zu kalibrierten Spektren verarbeitet und dann unter Verwendung des JURASSIC2-Retrieval-Prozessors weiter analysiert. Abgeleitete Querschnitte für Ozon, Salpetersäure und Wasserdampf, sowie für die atmosphärische Temperatur, werden gezeigt und mit Rechnungen des Chemical Lagrangian Model of the Stratosphere (CLaMS), sowie mit Daten für die potentielle Vortizität, welche vom European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) bereitgestellt wurden, verglichen. Die Messungen offenbaren eine in hohem Maße inhomogene UTLS-Region, welche einen vorangegangenen Transport troposphärischer Luftmassen in die polare Stratosphäre nahelegt. Dieser Schluss wird weiter bestärkt durch den Verlauf von mit CLaMS berechneten Rückwärtstrajektorien. Zwei hauptsächliche Strukturen können ausgemacht werden. Die eine ist ein Antizyklon, welcher von einem Wellenbrechereignis in den mittleren Breiten herrührt, die andere ist ein vertikal begrenzter Zyklon scheinbar stratosphärischen Ursprungs. Die Ergebnisse stellen eine erfolgreiche Anwendung sowohl der neu entwickelten Verarbeitungskette als auch des GLORIA-Instrumentes selbst dar und verdeutlicht die Fähigkeit desselben, die Auswirkungen dynamischer Vorgänge und Transportprozesse in der UTLS-Region zu beobachten.

¹engl. Upper Troposphere and Lower Stratosphere ²zu deutsch etwa “Kardanischer Horizontsondierer für abbildende Strahlungsmessungen in der Atmosphäre”

English