GRIPS - Langzeitmessungen an der Mesopause in 87 km Höhe

Überblick

Das Wuppertaler GRound-based Infrared P-Branch Spectrometer (GRIPS) wird von der unserer Arbeitsgruppe benutzt, um in "jeder" Nacht die Temperatur der Mesopause in 87 km Höhe (+/-2 km) zu messen. GRIPS ist ein Czerny-Turner Gitterspektrometer, das im nahen Infrarot zwischen 1,52 - 1,55 Mikrometern mit einer spektralen Auflösung von etwa 450 mißt. Gemessen wird die nächtliche Rotationstemperatur der (3,1) Hydroxyl-Meinel-Banden der OH*-Schicht. Die GRIPS-Messungen werden kontinuierlich seit 1980 durchgeführt. Über 3500 Nachtmitteltemperaturen sind verfügbar.

In der oberen Mesosphäre reagiert atomarer Wasserstoff mit Ozon unter Bildung angeregter Hydroxyl-Moleküle:

H + O3 -> OH* + O2*

Die nahen Infrarot-Emissionen des OH-Moleküls wurden schon seit ihrer Entdeckung durch Meinel 1950 gemessen. Die Rotationstemperatur der (3,1) OH*-Banden liegt dicht an der kinetischen Temperatur der Atmosphäre und kann während der Nacht relativ einfach aus den relativen spektralen Intensitäten abgeleitet werden. Mehr Informationen über das Instrument sowie zur Datenauswertung finden sich in den entsprechenden Publikationen.

Das Gesichtsfeld des GRIPS-Instrument hat in 87 km Höhe unter einem Beobachtungswinkel von 45o eine horizontale Auflösung von 30x40 km2. Alle 90 Sekunden wird ein OH*-Spektrum gemessen (siehe Bild rechts). Rotationstemperaturen werden aus den relativen spektralen Intensitäten der drei Linien abgeleitet. Dadurch werden die Rotationstemperaturen nicht durch Veränderungen der Spektrometerempfindlichkeit oder der Atmosphärendurchlässigkeit beeinflußt, es sei denn, solche Veränderungen sind wellenlängenabhängig. Selbst in diesem Fall würden die Effekte klein sein, da die drei Linien sehr dicht beieinander liegen (1,524, 1,533, 1,543 Mikrometer).

Der Relativfehler der Nachtmitteltemperaturen liegt bei etwa 1-2 K. Dieser Wert wurde aus Messungen während der gesamten Nacht abgeleitet und enthält daher auch noch einige atmosphärische Variabilität. Er muß daher als obere Grenze des Relativfehlers betrachtet werden. Der Absolutfehler ist von derselben Größe. Spektrale und Intensitätskallibrierungen werden etwa einmal pro Jahr durchgeführt.

Details

Der Jahresgang der Mesopausentemperatur und wissenschaftliche Ergebnisse zu Trends.

Das GRIPS-Gerät ist auch Teil des Network for the Detection of Mesopause Change (NDMC)

GRIPS-N Aufbau
GRIPS-F Aufbau

Foto: Peter Knieling

Zwei typische OH*-Spektren

Die schwarzen Pfeile weisen auf die drei Analyse-Linien.