Investigating long-term trends in noctilucent clouds observed with European Nadir-Viewing satellite instruments
Final Report Abstract
Leuchtende Nachtwolken (kurz NLC von engl. Noctilucent Clouds) sind optisch dünne H2O Eiswolken, die nahe der polaren Mesopause in Höhen von etwa 83 km in der Sommerhemisphäre vorkommen. Sie reagieren empfindlich auf Änderungen der Umgebungsbedingungen und werden daher häufig als Proxies für die Charakterisierung der Variabilität der Atmosphäre in der polaren Sommermesopausenregion verwendet. Im Rahmen dieses Projekts wurde ein adaptierter Algorithmus zur Detektion von NLCs in Satelliten-gestützten Nadirmessungen im UV Spektralbereich auf Messungen mit den europäischen Satelliteninstrumenten GOME (Global Ozone Monitoring Experiment), SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CHartographY) und GOME-2 angewandt. Die durchgeführten Arbeiten stellten den ersten Versuch überhaupt dar, NLCs in Nadir-Messungen dieser Instrumente zu identifizieren. Es wurden die vollständigen, zum Zeitpunkt der Arbeiten verfügbaren Datensätze der Satelliteninstrumente SCIAMACHY (2002 – 2012), GOME-2 auf MetOp-A (seit 2007) und GOME-2 auf MetOp-B (seit 2013) prozessiert. Die Anwendung der NLC-Detektionsmethode auf den SCIAMACHY Nadir-Datensatz zeigte eine realistische Variation der NLC-Auftretensrate innerhalb der NLC Saison. Die NLC-Auftretensraten wurden mit verfügbaren und unabhängigen Satellitenbeobachtungen verglichen und zeigten gute allgemeine Übereinstimmung. Im Laufe der durchgeführten Forschungsarbeiten traten eine Reihe von Problemen auf, von denen nicht alle vollständig gelöst werden konnten. Zum einen stellte sich heraus, dass die verwendete Methode zur Detektion von NLCs auf die GOME/ERS-2 Nadirmessungen aufgrund des geringen Signal-zu-Rauschverhältnisses der GOME/ERS-2 Messungen in dem verwendeten Spektralbereich nicht anwendbar ist. Zum anderen erschwert die Degradation der Transmission in den UV-Kanälen der Satellitenspektrometer die Bestimmung von längerfristigen Varationen in der NLC-Auftretensrate. Kurzfristige Variationen sind davon nicht betroffen und die abgeleiteten Variation der NLC-Auftretensrate innerhalb einer NLC-Saison stimmen gut mit unabhängigen Messungen überein. Im Rahmen des Projektes konnte das große Potential der SCIAMACHY und GOME-2 Nadir-Messungen für die Untersuchung von NLCs dargestellt werden. Da die operationellen GOME-2 Messungen bis weit in die 2020er Jahre fortgeführt werden, ist mit den durchgeführten Arbeiten der Grundstein für einen langfristigen NLC-Datensatz gelegt. Zukünftige Arbeiten müssen sich insbesondere mit der korrekten Behandlung der abnehmenden Signal-zu-Rauschverhältnisse der UV-Nadirradianzen aufgrund der instrumentellen Degradation befassen.
Publications
- First results on the retrieval of noctilucent cloud albedo and occurrence rate from SCIAMACHY nadir measurements, J. Atmos. Sol.-Terr. Phys., 175, 31 – 39
Langowski, M., von Savigny, C., Bachmann, T., and DeLand, M.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jastp.2018.03.013)
