Mesosphärische Radarechos in polaren und mittleren Breiten

Einfluss von Gezeiten und Schwerewellen auf die Schichtenbildung in der sommerlichen polaren Mesosphäre

Abb. 1 Mikrophysikalische Modellierung unter dem Einfluss einer halbtägigen Gezeit: (a) durch die Welle (Periode 12 h, vertikale Wellenlänge 25 km) verursachte Temperaturvariationen, (b) simulierte PMSE-Stärke (farbig) und Lidar-Rückstreuverhältnis bei 532 nm (schwarz).

Polare mesosphärische Sommerechos (PMSE) werden vom IAP in Andenes (69°N; 16°E) mit VHF-Radar-Beobachtungen seit 1994 intensiv untersucht. Ein besonderes Merkmal dieses Phänomens, das an die Existenz extrem niedriger Temperaturen < 150K gekoppelt ist, besteht darin, dass diese unerwartet starken Radarechos oft in Form von Mehrfachschichten auftreten, deren Bildung durch kurz- und langperiodische Schwerewellen und Gezeiten beeinflusst wird.

Die  Bildung dieser Mehrfachschichten kann mit Hilfe eines am IAP entwickelten mikrophysikalischen Modells zur Eisteilchenbildung (Rapp et al. 2003) erklärt werden, wenn Temperatur und Wind durch eine idealisierte langperiodische Schwerewelle gestört werden. Dieses Ergebnis sowie die experimentelle Bestätigung durch Windmessungen mit dem VHF- und MF-Radaranlagen des IAP werden im Detail in Hoffmann et al. (2005) beschrieben.

 

Abb. 2 Messungen während einer Periode erhöhter Gezeitenaktivität. (links): Amplitude der halbtägigen meridionalen Gezeit aus Messungen mit dem MF Radar Andenes; (rechts): gleichzeitige ALWIN-VHF- Radarbeobachtungen von PMSE und ALOMAR-RMR-Lidarmessungen von NLC (weiße Konturlinien).

Zur Untersuchung der Wirkung von Gezeiten auf die Schichtenbildung wurde die Modellierung unter dem Einfluss  einer halbtägigen Gezeitenwelle (Abb.1a) durchgeführt. Die Modellsimulation (Abb. 1b) führte zu starken PMSE mit 12 stündigen Variationen und zum gleichzeitigen Auftreten von leuchtenden Nachtwolken (NLC) an der unteren Kante der PMSE-Schicht. Zur Überprüfung dieser Simulation mit realen Daten wurde  aus Beobachtungen mit dem MF-Radar Andenes eine Periode mit erhöhter Gezeitenaktivität ausgewählt, in der Amplituden >30m/s in der halbtägigen Gezeit der meridionalen Windkomponente am 4.08.2000 auftraten (Abb. 2, links). Die während dieser Periode mit dem ALWIN-VHF Radar beobachteten PMSE-Strukturen (Abb. 2, rechts) und die mit dem ALOMAR-RMR Lidar beobachteten NLC an der unteren Kante der PMSE-Schicht  sind in guter Übereinstimmung mit dem modellierten  PMSE/NLC-Verhalten. Weitere Untersuchungen zu dieser Thematik sind in Rapp et  al. (2002) und in Hoffmann et al. (2007) beschrieben.

Ergebnisse

  • Trends in polaren mesosphärischen Sommerechos (PMSE) [mehr]
  • Einfluss von Gezeiten und Schwerewellen auf die Schichtenbildung in der sommerlichen polaren Mesosphäre [mehr]
  • Klimatologie polarer mesosphärischer Winterechos (PMWE) [mehr]