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Atmosphärische Schwerewellen in neuen Satelliten-Aufnahmen entdeckt

02.12.2015

Einem internationalen Forscherteam unter Beteiligung Jülicher Wissenschaftler sind detaillierte Beobachtungen von Störungen in der mittleren und oberen Erdatmosphäre gelungen, die beispielsweise durch Luftströmungen entstehen. Mithilfe von Infrarot-Aufnahmen zweier verschiedener NASA-Umwelt-Satelliten beobachteten sie die Ausbreitung dieser atmosphärischen Schwerewellen vom Erdboden bis zur Mesosphäre in 90 Kilometer Höhe. Die Aufnahmen liefern einen wichtigen Baustein zur Verbesserung zukünftiger Klimamodelle. Die Ergebnisse veröffentlichten die Forscher jetzt in der amerikanischen Fachzeitschrift PNAS (DOI: 10.1073/pnas.1508084112)

Schwerewellen sind Störungen in der Atmosphäre, die durch eine Reihe von Phänomenen in der unteren Atmosphäre erzeugt werden, unter anderem durch Luftströmungen über Bergen oder durch hochreichende Konvektion bei starken Gewittern oder tropischen Stürmen.


Hochreichende Konvektion verursacht konzentrische Schwerewellen: (A) Infrarotaufnahmen der Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) an Bord des Satelliten Suomi-NPP zeigen schwere Gewitter in Südtexas am 4. April 2014. (B) Zugehörige Nightglow-Aufnahme des DNB-Sensors. Neben den hellen Flecken der beleuchteten Städte sind Blitze als Streifen zu erkennen (oben rechts). Schwerewellen erzeugen ein gut definiertes konzentrisches Muster, welches vom Zentrum des Gewitters ausgeht.

Copyright: St. D. Miller, W.C. Straka III, J. Yue, St. M. Smith, M. J. Aleaxander, L. Hoffmann, M. Setvák, P. T. Partain (DOI: 10.1073/pnas.1508084112)

"Besonders interessant ist, dass selbst Vulkanausbrüche Schwerewellen erzeugen können" erklärt Lars Hoffmann vom Jülich Supercomputing Centre. Dies hat die Studie zum ersten Mal nachgewiesen. Die beobachteten Strukturen, die mitunter wie Wellen in einem Teich anmuten, beeinflussen Winde, Temperaturen und die chemische Zusammensetzung der mittleren und oberen Erdatmosphäre.

Die Entdeckung der atmosphärischen Schwerewellen war ein unverhoffter Glücksfall für die Wissenschaftler. Der "Day/Night Band" (DNB) Sensor an Bord des NASA-Umwelt-Satelliten Suomi-NPP wurde entwickelt, um erstmals Abbildungen von nächtlichen Wolkenformationen aus dem All zu ermöglichen. Doch seine extreme Lichtempfindlichkeit führte zu einer weiteren Entdeckung:

Im Bereich der Mesosphäre verursachen verschiedene photochemische Effekte eine schwache Strahlung im infraroten Bereich, die als Nightglow oder Airglow bekannt ist. Atmosphärische Schwerewellen beeinflussen diese Strahlung und sind so anhand ihrer typischen Muster direkt in den Infrarot-Aufnahmen des DNB-Sensors zu erkennen. Die Pixelgröße der Abbildungen beträgt 740 mal 740 Meter, eine für Satellitenaufnahmen dieser Art bisher unerreichte Auflösung.

Die Daten des DNB-Sensors wurden mit denen eines weiteren Infrarot-Messgeräts an Bord des NASA-Satelliten Aqua kombiniert. Der "Atmospheric Infrared Sounder" (AIRS) beobachtet Schwerewellen in der Stratosphäre in 30 bis 40 Kilometern Höhe. Nachdem die Daten der beiden Satelliten-Experimente zusammen geführt wurden, können die Wissenschaftler die Ausbreitung der Schwerewellen durch verschiedene Höhenschichten der Atmosphäre verfolgen.

Damit erhalten sie wichtige Einblicke in Prozesse, die für die Zirkulation in der oberen Atmosphäre verantwortlich sind und genauere Vorhersagen von langfristigem Klimaverhalten ermöglichen. Das Klima-Simlab im Jülich Supercomputing Centre hat die AIRS-Daten im Hinblick auf klimarelevante Prozesse bearbeitet und analysiert.

SchwerewellenHochreichende Konvektion verursacht konzentrische Schwerewellen: (A) Infrarotaufnahmen der Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) an Bord des Satelliten Suomi-NPP zeigen schwere Gewitter in Südtexas am 4. April 2014. (B) Zugehörige Nightglow-Aufnahme des DNB-Sensors. Neben den hellen Flecken der beleuchteten Städte sind Blitze als Streifen zu erkennen (oben rechts). Schwerewellen erzeugen ein gut definiertes konzentrisches Muster, welches vom Zentrum des Gewitters ausgeht.

Copyright: St. D. Miller, W.C. Straka III, J. Yue, St. M. Smith, M. J. Aleaxander, L. Hoffmann, M. Setvák, P. T. Partain (DOI: 10.1073/pnas.1508084112)


Weitere Informationen:

Forschungszentrum Jülich

Jülich Supercomputing Centre

Originalveröffentlichung PNAS "Upper atmospheric gravity wave details revealed in nightglow satellite imagery"

Pressemitteilung Colorado State University "Colorado State leads gravity waves study with satellite 'nightglow' observations"

Environmental Research Web "Satellite sensor unexpectedly detects gravity waves in upper atmosphere"


Ansprechpartner:

Dr. Lars Hoffmann
Jülich Supercomputing Centre
Forschungszentrum Jülich
Tel.: 02461 61-1978
l.hoffmann@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Dr. Regine Panknin
Unternehmenskommunikation
Forschungszentrum Jülich
Tel.: 02461 61-9054
r.panknin@fz-juelich.de

Dr. Regine Panknin | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2015/15-12-01schwerewellen.html

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