Erforschung von Strahlung in der oberen Atmosphäre

Ein neuer Computercode, der im Rahmen eines EESD-Projektes entwickelt wurde, wird zur genaueren Bestimmung tragender Substanzen in der Atmosphäre beitragen. Bei diesem Projekt liegen Daten zugrunde, die mit Hilfe der MIPAS-Instrumente an Bord von Envisat gewonnen wurden.

Informationen über die Konzentration unterschiedlicher chemischer Substanzen sind die Voraussetzung für das Verständnis von Problemen wie zum Beispiel dem Abbau der Ozonschicht und dem Klimawandel. Mit traditionellen Methoden wie Ballons oder Flugzeugen waren Messungen dieser Substanzen in der oberen Atmosphäre bisher nicht möglich.

Die Erfindung von Satelliten hat dies verändert. Mit entsprechenden Instrumenten ausgestattete Satelliten umkreisen die Erde und stellen diese bedeutenden Daten bereit. So wurde der Envisat Satellit mit dem Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding (MIPAS) System ausgestattet und von der Europäischen Weltraumorganisation Anfang des neuen Jahrtausends ins All geschossen.

MIPAS sendet Emissionsspektren vom Rand der Erde. Diese Spektren werden analysiert, um die Konzentration unterschiedlicher wichtiger Gasarten wie z.B. Ozon, Wasserdampf, Methan u.a. zu bestimmen. Eine solche Analyse erfordert strenge numerische Methoden.

Spanischen Wissenschaftlern ist nun ein teilweiser Durchbruch bei der Lösung dieses komplizierten Sachverhalts gelungen. Durch die Weiterentwicklung eines bereits bestehenden Computer-Inversions-Codes konnte das Team sowohl meteorologische als auch chemische Parameter der oberen Atmosphäre ableiten. Somit konnten zum ersten Mal in der Geschichte Messergebnisse dieser Art über der Stratopause, also etwa 50 Kilometer über der Erdoberfläche, gewonnen werden.

In dieser Höhe ist die Luftdichte bedeutend geringer, und entsprechend versagt das lokale thermodynamische Equilibrium (LTE). Dieses Modell wurde auf Nicht-LTE-Bedingungen abgestimmt, und dabei stieß man darauf, dass bestimmte Arten stärker von diesem Phänomen betroffen sind als andere. Insbesondere Methan und Wasserdampf sowie Stickstoffmonoxid und Kohlenstoffmonoxid weisen signifikante Nicht-LTE-Emissionen auf. Diese müssen bei der Ableitung vertikaler Profile für diese Substanzen in Betracht gezogen werden, um fehlerhafte Schlussfolgerungen zu vermeiden.

Die Ergebnisse dieser Arbeit werden eine genauere Berechnung der Konzentration dieser Gase in weltweitem Maßstab ermöglichen. Dieses Wissen wird besonders bei der Lösung globaler Probleme wie dem Abbau der Ozonschicht oder dem Klimawandel hilfreich sein. Es werden Beratungen zur Verwendung und Analyse von MIPAS-Daten sowie zum Einsatz des Inversions-Codes für die Fernerkundung angeboten.