GRIPS - Langzeitmessungen an der Mesopause in 87 km Höhe

Die Zeitreihe der Nachtmitteltemperaturen seit 1988 und die zugehörigen Jahresmittelwerte (die Jahre 1991, 2012 und 2013 fehlen aufgrund von zu großen Messlücken) sind in Abbildung 1 mit schwarzen Punkten dargestellt. Die lokalen Maxima der Jahresmittelwerte treten annähernd zur gleichen Zeit auf wie die Maxima des solaren Flusses (blaue Kurve in Abb. 1 unten). Der solare Fluss ist ein Maß für die Aktivität der Sonne und weist einen ca. 11-Jahreszyklus auf. Die Untersuchung zeigte eine Abhängigkeit der Temperatur von diesem 11-Jahreszyklus der Sonne mit einer Sensitivität von ca. 4 – 5 K/(100 Solar Flux Units). Dieses Ergebnis ist eine zusätzliche Bestätigung dieses Zusammenhangs und der Wert für die Sensitivität wurde auch schon durch andere Messungen mit ähnlichen Zahlenwerten bestätigt.

Zusätzlich zu dem bekannten Einfluss des 11-Jahreszyklus der Sonne zeigt die Temperaturzeitreihe aber auch eine Schwingung mit einer Periodendauer von ca. 22 Jahren und einer Amplitude von ca. 1.8 K (siehe Abbildung 2 schwarze Punkte und rote Kurve). Diese beiden Langzeitvariationen sind ausreichend, um das Langzeitverhalten der Temperaturen gut zu beschreiben. Ein zusätzlicher linearer Trend, wie er z.T. bei anderen Messungen in diesem Höhenbereich beobachtet wurde, ist für die Beschreibung der Wuppertaler Zeitreihe nicht notwendig. Diese Erkenntnis wurde erstmals bei einer Untersuchung der Datenreihe mit Messungen bis einschließlich 2015 gemacht (Kalicinsky et al. (2016)). In der letzten Untersuchung, die dann den Zeitraum bis einschließlich 2022 umfasste, war diese Langzeitschwingung nun noch deutlicher zu identifizieren und die Periode und Amplitude mit geringeren Unsicherheiten zu bestimmen (siehe Abb. 2).

In der Untersuchung, die den beiden Erwähnten voranging und für den Zeitraum 1988 – 2008 durchgeführt wurde, wurde neben dem solaren Einfluss noch ein negativer Langzeittrend von ca. 2 K/Dekade bestimmt (Offermann et al. (2010)). Diese starke Temperaturabnahme ist aber im Einklang mit der 22-Jahresschwingung. Da die Analyse für einen Zeitraum durchgeführt wurde, in dem sich die 22-Jahresschwingung überwiegend in einem Zeitraum der Temperaturabnahme befand (siehe grüne Trendlinie in Abb. 2), wurde neben dem solaren Einfluss als weitere Langzeitvariation auch nur eine mehr oder weniger lineare Temperaturabnahme beobachtet. Aufgrund der 22-Jahresschwingung ergeben sich also je nach Untersuchungszeitraum sehr unterschiedliche Langzeittrends. Es zeigt sich z.B. eine deutliche schwächere mittlere Temperaturabnahme für den Zeitraum 1988 – 2015 von weniger als 1 K/Dekade (blaue Trendlinie in Abb. 2), die in der Zunahme der Temperatur seit 2005/06 begründet liegt. Für den gesamten Zeitraum ergibt sich sogar eine noch deutlich geringere Temperaturabnahme (gelbe Trendlinie in Abb. 2). Das gesamte Bild der Entwicklung und die 22-Jahresschwingung, die neben dem solaren Einfluss beobachtet werden konnte und sich vorher in unterschiedlichen Langzeittrends gezeigt hatte, wurden also erst nach sehr vielen Messjahren sichtbar. Dies unterstreicht noch einmal die Notwendigkeit von Langzeitmessungen, um solche Langzeitvariationen genau identifizieren zu können.

Weitere Informationen zu den Untersuchungen der Langzeitentwicklung finden sich in Kalicinsky et al. (2016), (2018) und (2023).