Schwerewellenklimatologie aus Temperaturdaten

Seit vielen Jahren messen die Lidars in Kühlungsborn (54°N) und Andenes (68°N) regelmäßig die Temperatur in der mittleren Atmosphäre. Schwerewellen zeigen sich in den Daten durch periodische Schwankungen der Temperatur mit Perioden von mehreren Minuten bis zu wenigen Stunden. Die regelmäßigen Sondierungen ermöglichen u.a. die höhenaufgelöste Bestimmung der saisonalen Änderungen der Schwerewellenaktivität.

Über Kühlungsborn werden die Temperaturfluktuationen zwischen ca. 1 und 105 km Höhe durch Messungen mit dem RMR-Lidar und dem K-Lidar bestimmt (Abbildung links). Unterhalb von 35 km und oberhalb von 95 km sind kaum saisonale Unterschiede zu sehen. Im Bereich dazwischen fällt besonders der große Unterschied zwischen Winter und Sommer auf. Im Winter sind die Werte mehr als doppelt so hoch wie im Sommer.

Aus den Temperaturfluktuationen und der (temperaturabhängigen) Brunt-Vaisala-Frequenz lässt sich die potentielle Energie der beobachteten Schwerewellen (GWPED) berechnen. Die jahreszeitliche Variation der potentiellen Schwerewellenenergie über Andenes ist in der Abbildung rechts aus Messungen des ALOMAR-RMR-Lidars gezeigt. Man erkennt hier einen ausgeprägten Halbjahresgang mit Maxima im Winter und auch im Sommer.

 

Jüngere Messungen und Auswertemethoden ermöglichen die gleichzeitige Auswertung von Schwerewellen und Gezeitenwellen, die teils ähnliche Perioden, aber sehr unterschiedliche Anregungsmechanismen besitzen. Durch Windmessungen mit dem DoRIS-System des ALOMAR-RMR-Lidars lässt sich auch die kinetische Wellenenergie berechnen. Neben den o.g. Lidars ermöglicht auch das mobile Fe-Lidar die Auswertung von Schwerewellen in der Stratosphäre und Mesosphäre z.B. über der Station Davis/Antarktis. In der rechten Spalte haben wir entsprechende Artikel aufgelistet.

Veröffentlichungen (Auswahl)

  • K. Baumgarten, M. Gerding und F.-J. Lübken, Seasonal variation of gravity wave parameters using different filter methods with daylight lidar measurements at mid-latitudes, J. Geophys. Res., 122, 2683-2695, doi:10.1002/2016JD025916, 2017.