Wasserdampfmessungen in der Tropopausenregion mit dem Satellitengerät CRISTA

Das Cryogene Infrarot Spektrometer und Teleskope fur die Atmosphare (CRISTA) Satelliten-Instrument hat wahrend seiner zweiten Mission im August 1997 Limb Strahlungsdichten in der oberen Troposphare gemessen. Es wurde ein neuer Retrieval-Algorithmus entwickelt, um Wasserdampf-Konzentrationen in der oberen Troposphare/unteren Stratosphare abzuleiten. Der Algorithmus verwendet eine schwache Linie nahe 12,7 µm und leitet zum ersten mal H2O in der oberen Troposphare aus Messungen im mittleren Infrarot ab. Wolken beeinflussen das Retrieval nachteilig und werden durch einen einfachen Wolkenindex identifiziert (Verhaltnis von gemessenen Strahlungsdichten an geeigneten Wellenlangen). Das Retrieval liefert einen dreidimensionalen, globalen H2O-Datensatz mit guter vertikaler Auflosung (2 km vertikale Schrittweite und 1,5 km vertikales Gesichtsfeld) und eine bisher unerreichte horizontale Auflosung (250km · 600 km). Es wurde ein systematischer Gesamtfehler von 21% fur die H2O-Mischungsverhaltnisse abgeschatzt, der durch die Unsicherheit der verwendeten Linienparameter dominiert ist. Der statistische Gesamtfehler betragt fur Mischungsverhaltnisse groser als 10 ppmv 8% und fur Mischungsverhaltnisse kleiner als 10 ppmv 23%. Die Ergebnisse wurden durch prazise, gleichzeitige in-situ Messungen des FISH-Instrumentes an Bord eines Flugzeugs validiert. Beide Messungen stimmen innerhalb von 10% uberein und zeigen im Vergleich zum abgeschatzten systematischen Fehler eine viel bessere Ubereinstimmung. Vergleiche mit gleichzeitigen Satelliten-Messungen (MLS, SAGE II) bestatigen ebenfalls klar, dass der Algorithmus zuverlassige Ergebnisse liefert. Die Transporte in der Tropopausenregion sind derzeit nicht gut verstanden, was teilweise durch das Fehlen genauer Messungen mit adaquater raumlicher und zeitlicher Uberdeckung bedingt ist. Der CRISTA H2O-Datensatz ermoglicht die Identifizierung koharenter dynamischer Strukturen im Tropopausenbereich, die raumliche Ausmase von wenigen hundert Kilometern besitzen. Der Wasserdampf nahe der Tropopause ist durch seine hohe Variabilitat gekennzeichnet, die teilweise durch den starken vertikalen Gradienten der H2O-Konzentration in der Troposphare zustande kommt. Die Variabilitat wird in dieser Arbeit auf raumlichen Skalen von 250 km bis 1000 km und auf Zeitskalen von einigen Minuten bis Tagen quantifiziert. Die H2O Ergebnisse werden unter Verwendung des Transport-Codes des NCAR ROSE Modells assimiliert. Die resultierenden synoptischen Karten zeigen ein haufiges Auftreten von zungenformigen dynamischen Strukturen, die bidirektionale meridionale Transporte andeuten und moglicherweise Tropospharen-Stratospharen-Austausch beinhalten. Meridionale turbulente Flusse, die aus den assimilierten Wasserdampf-Daten berechnet wurden, zeigen Transportbarrieren an ahnlichen Stellen, wie sie aus einer Analyse der "effektiven Diffusivitat" ermittelt wurden. Die Standardabweichungen von H2O deuten einen interhemispharischen Transport an, der in einer etwas groseren Hohe stattfindet, namlich in der unteren tropischen Stratosphare, als dies die Analyse der effektiven Diffusivitat ergibt.