Institutsbericht 2010/2011 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

34 Ableitung langzeitiger Trends in der ionosphärischen F2-Schicht
mit zwei unterschiedlichen Analysemethoden
(J. Mielich, J. Bremer)
Abb. 34.1: Vergleich der ∆foF2- (oberer Teil, rot)
und ∆hmF2-Trends (unterer Teil, blau) von 37 Stationen
bestimmt nach der REG- und ITU-Methode.
Die Korrelationskoeffizienten r zwischen beiden Datensätzen
sind in den entsprechenden Bildteilen enthalten.
Zur Untersuchung langzeitiger Trends in der
Thermosphäre bieten sich Ionosondenmessungen
an, die seit mehr als 60 Jahren an einer
Vielzahl unterschiedlicher Stationen weltweit
mehr oder weniger regelmäßig durchgeführt
werden. Für die Monatsmedianwerte zweier
charakteristischer Parameter der ionosphärischen
F2-Schicht (Grenzfrequenz foF2 und Höhe
der maximalen Elektronendichte hmF2)
steht seit kurzem eine umfangreiche Datenbank
zur Verfügung (Damboldt und Süßmann, private
Mitteilung), die die Analyse langzeitiger Variationen
dieser Parameter wesentlich erleichtert.
Auf der Grundlage der Messergebnisse von
insgesamt 37 Stationen aus dieser Datenbank
mit Beobachtungen von mindestens 22 Jahren
(entspricht zwei solaren Zyklen) wurden Trendanalysen
nach zwei unterschiedlichen Methoden
durchgeführt. Da die ionosphärischen Parameter
stark von der solaren (und zu einem
geringeren Anteil von der geomagnetischen)
Aktivität abhängen, muss dieser Anteil bestmöglich
eliminiert werden. Dabei werden die
Differenzen ∆X=Xexp−Xth berechnet, wobei
Xexp die experimentellen Werte und Xth die
Modellwerte sind, die den solar (und geomagnetisch)
bedingten Anteil beschreiben. Solche
∆X-Datenreihen werden für jede Stunde und
jeden Monat separat bestimmt und können zu
Datenreihen mit jährlichen ∆X-Mittelwerten
zusammengefasst werden. Aus diesen jährlich
gemittelten ∆X-Reihen wurden für die ausgewählten
37 Stationen lineare Trends für beide
Parameter X=foF2 und X=hmF2 abgeleitet.
Dabei werden die Xth-Werte bei der ersten
verwendeten Methode aus einer zweifachen Regressionsanalyse
auf der Grundlage des solaren
Aktivitätsparameters R (Sonnenfleckenrelativzahl)
und des globalen geomagnetischen Aktivitätsindexes
Ap berechnet (REG-Methode). Bei der zweiten Methode wird ein ionosphärisches
Prognosemodell der ITU (International Telecommunication Union) benutzt, das nur den solaren
Einfluss (R) berücksichtigt (ITU-Methode).
In Abb. 34.1 sind die einzelnen linearen Trends von foF2 und hmF2 für die 37 ausgewählten
Ionosondenstationen für beide Methoden gegeneinander aufgetragen. Dabei zeigt sich, dass
die Trends beider Methoden hoch signifikant korrelieren und die Abweichungen von den idealen
45 ◦ -Geraden relativ gering sind. Damit wird bestätigt, dass beide Methoden für ionosphärische
Trendanalysen geeignet sind.
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