Tristan Staszak (2021) Simultaneous in situ and ground-based common-volume measurements for the investigation of the formation mechanism of Polar Mesosphere Winter Echoes (Doktorarbeit)

In polaren Breiten werden seit den späten siebziger Jahren während der Wintersaison relativ starke Radarsignale aus Höhe der Mesosphäre (~55-85 km) empfangen. Diese Echos entstehen durch Reflexionen von kohärenten Strukturen und werden Polar Mesosphärische Winter Echos (PMWE) genannt. PMWE werden über einen ausgedehnten Höhenbereich beobachtet und decken einen Großteil der Mesosphäre ab. Kontinuierliche Radarbeobachtungen von PMWE haben können somit einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis für geophysikalische Prozesse in dieser ansonsten schwierig zu vermessenden Atmosphärenschicht liefern.
Erstmalig wurden alle relevanten Parameter, die für den Entstehungsprozess von PMWE potentiell entscheidend sind, in einem gemeinsamen Volumen mittels raketengetragenen in situ Messungen und bodengebundenen Instrumenten untersucht. Obwohl zwei Raketenflüge unter sehr unterschiedlichen geophysikalischen Bedingungen durchgeführt wurden, ergeben die Messungen ein einheitliches Bild: Turbulenz erzeugte in Verbindung mit geladenen Meteorstaubteilchen kohärente Strukturen, die mit dem Radar beobachtet wurden. Die weitergehende Analyse des Hintergrundwindes deutet darauf hin, dass diese Turbulenz von einer brechenden Schwerewelle erzeugt wurde. In dieser Arbeit wurde deutlich, dass die Stärke der Turbulenz mit einer Größenordnung innerhalb weniger Auftriebsperioden (d.h. Minuten) variiert und darüber entscheidet, ob PMWE entstehen oder nicht.