Zusammenhang zwischen atmosphärischen Telekonnektionen und stratosphärischer Ozonverteilung

Da SPOT sich in einem polaren sonnensynchronen Orbit bewegt, sieht POAM bei jedem Umlauf die Sonne über hohen nördlichen Breiten aufgehen. Der SPOT-Satellit absolviert täglich 14,2 Umläufe, d.h. 14,2 Sonnenauf- und -untergänge, damit erhält man ca. 28 Okkultationsmessungen pro Tag - etwa 14 Messungen entlang eines Breitenkreises auf der Nordhemisphäre und etwa 14 entlang eines Breitenkreises auf der Südhemisphäre. Über ein gesamtes Jahr betrachtet, variieren die Breiten, in denen die Messungen stattfinden, mit etwa halbjährlicher Periode auf der Nordhemisphäre zwischen 55° und 71° N (s. Anhang B, Abb. B.1 und B.3), während sie sich auf der Südhemisphäre zwischen 63° bis 88° S bewegen. Diese Breitenüberdeckung erlaubt POAM zwischen Anfang des Winters und Anfang Frühjahr Luftmassen innerhalb und außerhalb des stratosphärischen arktischen Vortex zu beproben. Aufeinanderfolgende Messungen auf der Nordhemisphäre sind breitenabhängig um 700 bis 1600 km westwärts versetzt. POAM erzeugt dadurch tägliche Länge-Höhe-Querschnitte von Ozon und anderen Spurengasen entlang des jeweiligen Breitenkreises. Der Vergleich der Ozonmessungen der Version 5 von POAM-II-Daten mit ECC-Ozonsondenprofilen zeigte in allen Höhen etwas geringere Werte der Satellitenmessungen. Die Abweichung reichte von 2-3% in den untersten und obersten Bereichen des Überlapps der Profile (17 und 30 km) bis 7,6% von 21 bis 24 km, was mit den berechneten Fehlern beider Instrumente vergleichbar ist [Deniel et al., 1997]. Hier wurde die Version 6 der POAM-II-Daten verwendet. Die Validierung der Ozondaten der Version 1.4 von POAM-III wurde ebenfalls anhand von Vergleichen mit ECC-Ozonsonden durchgeführt. Diese wiesen im Höhenbereich von 15 km bis 38 km gute Übereinstimmung auf (besser als 10%). In den meisten Höhen waren die mittleren Differenzen geringer als die Unsicherheit dieser Mittelwerte, was auf keine statistisch signifikanten Abweichungen hinweist. Größere Unterschiede (10-20%) werden unter 15 km verzeichnet [Lucke et al., 1999]. Eine höhere Genauigkeit wird bei der hier verwendeten Version 3 angenommen. [...]

Die Sensoren POAM-II und -III (Polar Ozone and Aerosol Measurement) wurden vom US Naval Research Laboratory (NRL) entwickelt, um Vertikalprofile der Ozonkonzentration und von Konzentrationen anderer Spurengase und Aerosole in der polaren Stratosphäre mittels solarer Okkultation zu messen. POAM-II wurde im September 1993 auf dem französischen Satelliten SPOT-3 (Système Pour l’Observation de la Terre) in einen sonnensynchronen polaren Orbit gestartet. Das Photometer POAM-II und sein Nachfolger POAM-III erfaßt in neun schmalbandigen Kanälen den Spektralbereich von 352 bis 1060 nm. Für die Extinktionsmessung von Ozon verwendet POAM-II den Kanal der Wellenlänge 600 nm (POAM-III: 603,4 nm; beide mit einer Breite von 17,7 nm), die in der Chappuis-Bande im sichtbaren Teil des Spektrums liegt. Die Ozonprofile werden im Höhenbereich von etwa 15 bis 50 km (bzw. 10 bis 60 km für POAM-III) mit einer vertikalen Auflösung von 1 km zwischen 20-40 km und etwa 1,5 km in höheren und tieferen Höhen erfaßt und auf einem 1 km Höhengitter abgeleitet. Für einen Vertikalscan benötigt POAM etwa 10 Sekunden. Nach drei Jahren Betriebsdauer versagte SPOT-3 im November 1996. POAM-III wurde entworfen, um die POAM-II Messungen zeitlich zu erweitern. Das Instrument ist daher in Design und Funktion sehr ähnlich zu seinem Vorgänger, wurde aber in mehreren Bereichen verbessert. Zu den Verbesserungen zählt eine starke Verbesserung des Signal-RauschVerhältnisses der Messungen, was zu genaueren Meßergebnissen führt. Der Sensor wurde im März 1998 an Bord des Erdbeobachtungssatelliten SPOT-4 des CNES (Centre National d’Études Spatiales) ins All gebracht und befindet sich noch im Routinebetrieb. SPOT-4 hat dieselbe Umlaufbahn wie SPOT-3, daher ist auch das durch die Messungen erfaßte Gebiet identisch. Der Orbit der Satelliten SPOT 3 und 4 überdeckt alle geographischen Längen jeden Tag. Durch den Orbit von SPOT finden die solaren Okkultationsereignisse im Nordwinter nahe dem Nordpol statt. [...]

Limb-Messungen, im Deutschen als horizontsondierende Beobachtungen bezeichnet, basieren auf derselben Beobachtungsgeometrie wie solare Okkultations-Messungen (s. Abb. 4.2). Bei der Limb-Messung wird die oberhalb des Horizonts in Richtung Instrument gestreute Strahlung und/ oder die thermische Emission der atmosphärischen Bestandteile als Funktion der Höhe über der Erdoberfläche (Tangentenhöhen) gemessen. Eine vertikale Abtastung der mittleren und hohen Atmosphäre wird durch Blick des Meßinstruments entlang verschiedener Sekanten durch die Erdatmosphäre ermöglicht. Diese Beobachtungsgeometrie gestattet es, auf einfache Weise sehr genaue Profilinformation über die Atmosphäre zu gewinnen. Wegen ihrer guten vertikalen Auflösung und der langen Weglängen durch die Atmosphäre werden Limb-Messungen zu chemischen Beobachtungen von Stoffen geringer Konzentrationen herangezogen. Zur Troposphärensondierung läßt sich das Ver1. sonnensynchron: Die Ebene der Umlaufbahn bildet einen konstanten Winkel mit der Linie Erde-Sonne. [...]