IAP Kühlungsborn
Leibniz-Gemeinschaft

E-Region-Echos

Die E-Region ist der atmosphärische/ionosphärische Bereich zwischen 90 und 150 km, der als die untere Thermosphäre bekannt ist. Die untere Thermosphäre beeinflusst die Mesosphäre und sogar die obere Stratosphäre (und umgekehrt). Einige physikalische Prozesse von allgemeiner Relevanz erscheinen hier speziell ausgeprägt, wie z.B. die Wellenmischung und die Erzeugung von sekundären Schwerewellen. Diese Region ist durch Schwerewellen, Gezeiten und planetare Wellen, die sich von unten nach oben ausbreiten und oft im Bereich von 80 bis 150 km dissipieren, dynamisch mit der Mesosphäre und niedrigeren atmosphärischen Regionen verbunden. Um diese Region zu erkunden, werden folgende Radarsysteme am IAP genutzt: (a) MAARSY, (b) die Juliusruh Ionosonde und (c) die Meteor Radar Netzwerke (MMARIA).

Im Fall von MAARSY, kann die E-Region sporadisch durch folgende Echos untersucht werden: (a) inkohärente Echos (wenn die Elektronendichte ausreichend angestiegen ist, siehe Bild 1), (b) Meteorschweifechos (ohne Spiegelgeometrie, z.B. Chau et al.,2014), (c) starke Echos ausgehend von sporadischen Schichten (z.B. Rapp et al., 2011) und (d) Radar-Aurora-Echos. Die letzte Beobachtungsmöglichkeit kommt jedoch weitestgehend aus den Nebenkeulen des Radars und unterliegend einer signifikanten Refraktion.

Die Ionosonde in Juliusruh hilft uns die E-Region über Norddeutschland, durch Messungen der E-Region-Elektronendichte, zu untersuchen. Diese Messungen werden seit über 50 Jahren regelmäßig durchgeführt.

Die MMARIA-Systeme, obwohl deren Hauptstreuziele Meteorschweifechos sind, können ebenfalls für die Untersuchung der E-Region benutzt werden, wenn die kohärenten Echos, im Speziellen die, die auf Irregularitäten entlang der Magnetfeldlinien basieren, stark genug sind. Ein Beispiel für ein solches E-Region-Echo, beobachtet im März 2015 während eines magnetischen Sturms, ist in Abbildung 2 gezeigt. Diese Beobachtung wurde mit einem frühen MMARIA-Deutschland-System, bestehend aus 3 Empfangsstandorten und zwei unterschiedlichen Frequenzen, durchgeführt. Die ersten beiden Spalten zeigen die gemessenen und gefitteten Spektren für alle Stationen. Die dritte Spalte zeigt den Ort des Streuers, berechnet mittels interferometrischer Analysemethoden, und den Bereich, senkrecht zu den Magnetfeldlinien in E-Region-Höhe. Weitere Details zu diesen Beobachtungen und ihre theoretische Interpretation können den Veröffentlichungen Chau and St. Maurice [2016] und St. Maurice and Chau [2016] entnommen werden.

Die MMARIA Stationen in mittleren Breiten (z.B. MMARIA Deutschland, SIMONe Argentinien) können (Radar-Aurora) E-Region-Echos während starker magnetischer Stürme (Kp>6) beobachten. In geringen Breiten (z.B. SIMONe Peru) werden E-Region-Echos regelmäßig detektiert. Diese Irregularitäten treten tagsüber auf und finden ihren Ursprung in dem äquatorialen Elektrojet.

Publications

  •  Chau, J. L., I. Strelnikova, C. Schult, M. M. Oppenheim, M. C. Kelley, G. Stober, and W. Singer, Non-specular meteor trails from non-field-aligned irregularities: can they be explained by presence of charged meteor dust?, Geophys. Res. Lett, doi: 10.1002/2014GL059922, 2014.
  • Chau, J. L. and J. P. St. Maurice, Unusual 5-m E region observed at mid-latitudes during the March 17, 2015 storm with the use of multi-static, multi-frequency VHF radar links, J. Geophys. Res., doi:10.1002/2016JA023104, 2016.
  • Rapp, M., L. Leitert, R. Latteck, M. Zecha, P. Hoffmann, J. Höffner, U.-P. Hoppe, C. La Hoz und E. V. Thrane, Localized mesosphere-stratosphere-troposphere radar echoes from the E-region at 69° N: Properties and physical mechanism, J. Geophys. Res., 116, A02320, doi:10.1029/2010JA016167, 2011
  • St. Maurice, J. P.  and J. L. Chau, A theoretical framework for the changing spectral properties of meter-scale Farley-Buneman waves between 90 and 125 km altitudes, J. Geophys. Res., doi:10.1002/2016JA023105, 2016.

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