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

power spectral density (m 2 s -2 Hz -1 )
1x10 3
1x10 2
1x10 1
1x10 0
period
5d 2d 24h 12h 8h 4h 2h 1h 30min
Andenes -MF 1.1. -31.3. 2008
v (82 km)
f -5/3
1x10 -6 1x10 -5 1x10 -4 1x10 -3
1
frequency (Hz)
Abb. 2.4: Frequenzspektrum der Meridionalwinde
in 82 km aus MF-Radarwindmessungen
in Andenes.
altitude (km)
90
85
80
75
MF/ Meteor radar Andenes (69° N, 16° E)
100
50 100 150 200 250 300 350
daynumber 2008
(u**2 + v**2)/2
(m/s)**2
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Abb. 2.5: Jahresgang der Schwerewellenaktivität
für Perioden von 3 – 9 h aus
Windmessungen mit den MF- und Meteorradaren
in Andenes im Jahr 2008.
Die in der Mesosphäre beobachtete Schwerewellenaktivität ist sowohl von ihren Quellen in
der Tropo- und Stratosphäre (z. B. Orographie, Konvektion, Starkwindgebiete) abhängig, enthält
aber auch Informationen zu den durch den Hintergrundwind bestimmten vertikalen Ausbreitungsbedingungen.
Diesem Ansatz folgend wird im Kap. 24 auf der Basis der nunmehr seit mehr als
22 Jahren vorliegenden Windmessungen in Juliusruh untersucht, inwieweit Trends in den mittleren
Winden für langfristige Veränderungen der Schwerewellen verantwortlich sind. Die statistisch gefundene
Relation zwischen zunehmender Schwerewellenaktivität bei zunehmendem Ostwind unterhalb
von 80 km im Sommer wird auch durch eine Antikorrelation in den Jahr-zu-Jahr-Variationen
der Schwerewellen in 80 km und des Windjets in ca. 75 km bestätigt. Dies motiviert daher die
weitere gemeinsame Untersuchung von Wind- und Schwerewellentrends zu anderen Jahreszeiten
und Breiten.
Abb. 2.6: Breitenabhängigkeit der Schwerewellenenergie
(Farbe) und des Zonalwindes (weiß) im
Sommer aus Simulationen mit dem KMCM.
altitude (km)
90
85
80
75
u' (3-4h) Saura MF 31.12.2010
0 5 10 15 20
time [h, ut] (0 = 31 Dec ; 0 UT)
Abb. 2.7: Signaturen von Schwerewellen
mit Perioden zwischen 3 und 4 h aus Messungen
mit dem Saura-MF-Radar während
einer PMWE im Dezember 2010.
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
Die unterschiedliche Höhe der Umkehr der sommerlichen Zonalwinde, die in Juliusruh bei ca.
85 km Höhe und in Andenes bei ca. 88 km beobachtet wird (Abb. 2.1), geht einher mit einer größeren
Höhe der Impulsdeposition durch Schwerewellen. Diese Interpretation wird durch Modellergebnisse
mit dem KMCM zur Breitenabhängigkeit der Schwerewellenenergie im Sommer gestützt,
die in Abb. 2.6 mit den zum Pol abnehmenden zonal gemittelten Zonalwinden dargestellt sind.
Dieses Ergebnis wird durch eigene Messungen in Andenes und Juliusruh bestätigt.
Neben den bisher gezeigten mittleren Schwerewellenaktivitäten werden aber auch Schwerewellen
in konkreten Fallstudien untersucht. Ein Beispiel dafür ist in Abb. 2.7 gezeigt. Diese Fallstudie
steht im Zusammenhang mit den im Kap. 20 vorgestellten ersten 3D-Beobachtungen von PMWE
mit dem neuen MAARSY-VHF-Radar, in dem die beobachtete dreidimensionale PMWE-Struktur
durch die Morphologie einer westwärts gegen den Grundstrom propagierenden Schwerewelle erklärt
wird. Zusätzlich zu den dort gezeigten Ergebnissen werden in Abb. 2.7 Signaturen der Schwere-
31