Mesosphärische Radarechos in polaren und mittleren Breiten

Klimatologie polarer mesosphärischer Winterechos (PMWE)

Mit dem ALWIN-VHF-Radar wurden während der Jahre 2001 bis 2005 in den Monaten von September bis April mesosphärische Radarechos beobachtet, die im Gegensatz zu den polaren mesosphärischen Sommerechos (PMSE) deutlich schwächer sind und in Höhen zwischen 55 km und 85 km auftreten. Dabei liegt das Häufigkeitsmaximum mit 71,5 km deutlich unterhalb der PMSE Maximums (85-86 km). Wie aus der ersten Abbildung zu erkennen ist, werden die PMWE bevorzugt am Tage beobachtet bei solaren Zenitwinkeln χ<98°. Nächtliche PMWE treten in der Regel nur bei gestörten geomagnetischen Bedingungen auf. Die mittlere PMWE Häufigkeitsrate ist 2,9%, dabei am Tag mit 6,1% wesentlich größer als nachts mit 0,8%.

Der Einfluss starker geomagnetischer Störungen auf die PMWE Häufigkeit wird durch die zweite Abbildung demonstriert. Hier werden auf der Grundlage einer Stichtaganalyse für die 5 stärksten geomagnetischen Störungen während der Jahre 2001 bis 2005 die Variationen der mittleren PMWE Häufigkeit und der geomagnetischen Aktivität (linker Teil) sowie der solaren Protonenflüsse und der Absorption kosmischer Radiostrahlung (CNA: cosmic noise absorption) aufgetragen. Die CNA Werte sind dabei ein Maß der Ionisation in der unteren Ionosphäre. Danach ist die PMWE Häufigkeit während des Einfalls hochenergetischer Teilchen deutlich erhöht (30% statt der mittleren 2,9%) und demonstriert die Bedeutung einer erhöhten Ionisation in der Mesosphäre für die Beobachtung von PMWE.

Für die Erzeugung von PMWE ist die Turbulenz in der Atmosphäre wichtig. Ein Indiz für diesen Sachverhalt ist in der dritten Abbildung zu erkennen, wo im unteren Teil die jahreszeitliche Variation der PMWE Häufigkeit nach Eliminierung der durch den Einfall hochenergetischer Partikel bedingten Anteile aufgetragen ist. In oberen Teil ist die jahreszeitliche Variation der Energiedissipationsrate in 70 km Höhe nach Beobachtungen mit dem Saura-MF-Radar dargestellt (9/2004-4/2005). Die ähnlichen Jahresgänge sind ein Hinweis darauf, dass die Turbulenz wichtig für die Entstehung von PMWE ist. Weitere Details zur Klimatologie der PMWE sind zu finden bei Zeller et al. (2006).

Ergebnisse von komplexen Experimenten zur Untersuchung von PMWE mit gleichzeitigen  Raketen- und Radarmessungen in Andenes stützen die Aussage, dass PMWE durch die atmosphärische Turbulenz bei einer erhöhten Elektronendichte erklärt werden können. Details  sind zu finden bei Lübken et al. (2006), Brattli et al. (2006) und Lübken et al. (2007).