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

wellen mit den abgeschätzten Perioden zwischen 3 und 4 h dargestellt. Die abgeleiteten Wellenstrukturen
zeigen ein deutliches Maximum der Wellenaktivität in der Höhe der PMWE zwischen
19 und 20 Uhr bei ca. 75 km und abnehmende Amplituden in den Höhen darüber.
Eine weitere Fallstudie ist im Kap. 27, welches gleichzeitige Wellenbeobachtungen mit Radar
und Lidar behandelt, gezeigt. Hier liegt das Ziel der Untersuchungen in der Überprüfung der Polarisationsrelationen
zwischen Wind und Temperatur in den zeitgleich gefundenen Schwerewellen.
2.3 Vertikale Kopplungsprozesse während stratosphärischer Erwärmungen
Vertikale Kopplungen durch Wellen fast aller Periodenbereiche
sind besonders ausgeprägt während
stratosphärischer Erwärmungen (SSW). Dazu ist im
Kap. 26 das mittlere Verhalten mesosphärischer planetarer
Wellen relativ zum zeitlichen Verlauf von
starken SSW mit Hilfe einer Kombination aus hochaufgelösten
Radardaten und globalen Satellitendaten
beschrieben.
Ein Beispiel zur Wellendynamik über einen ausgedehnten
Höhenbereich ist in Abb. 2.8 für den Winter
2005/2006 gezeigt. Die plötzliche Zunahme der
stratosphärischen Temperatur (d) ist zum Ende einer
Phase erhöhter Aktivität der planetaren Welle 1
in 60 ◦ N (e) verbunden mit kurzfristigen Umstellungen
der mesosphärischen Zonalwinde (a, b). Nahezu
zeitgleich mit der SSW wird in der Mesosphäre eine
reduzierte Schwerewellenaktiviät (c) beobachtet, die
zu einer Abkühlung in diesen Höhen führt. Die Periode
nach der SSW ist mit einer deutlichen Abschwächung
der planetaren Wellen (e) und einer Phase starker
ostwärts gerichteter Winde (a, b) in der Mesosphäre
verbunden. Diese typischen Winterbedingungen
im Februar 2006 ermöglichen eine Ausbreitung
von Schwerewellen (c) bis zur Mesopausenregion.
Offene Fragen bestehen in der Längen- und Breitenabhängigkeit
dieser Effekte, die mit Hilfe von Satellitendaten
und Modellen noch weiter zu bearbeiten
a)
b)
d)
e)
Height (km) Height (km) Height (km)
hPa
90
85
80
75
70
90
85
50
40
30
20
10
2
7
50
150
300
700
1000
30-Dec
1-Dec 31-Dec 30-Jan 1-Mar 31-Mar 30-Apr
Winter 2005/2006
(m/s)
47
36
24
16
10
6
1
400
200
0
E
GW energy u (m/s)
Height (km) Temperature (K)
Abb. 2.8: Zonalwind, Andenes (a: Meteorradar,
b: MF-Radar); (c) Schwerewellenaktivität;
(d) Temperaturen (ECMWF, Andenes);
(e) Amplitude Welle 1 (ECMWF, 60 ◦ N).
sind. Ferner stellt sich die Frage, unter welchen Bedingungen eine Nutzung der häufig früher einsetzenden
Veränderungen der mesosphärischen Winde und Wellen zur Vorhersage von Änderungen
in der Strato- und Troposphäre möglich ist.
Die am IAP vorhandenen experimentellen Voraussetzungen zur Radarfernerkundung stellen
eine sehr gute Basis für die Untersuchung dynamischer Prozesse in der mittleren Atmosphäre dar.
Mit der Inbetriebnahme des neuen MAARSY-Radars (siehe Kap. 18) ergeben sich völlig neue
Möglichkeiten zur Erkennung horizontaler Wellenstrukturen in der Mesosphäre, aber auch in der
Tropo- und unteren Stratosphäre. Beispielsweise ermöglichen die nun neu geschaffenen technischen
Möglichkeiten zur zeitgleichen Erfassung der radialen Windgeschwindigkeiten eine Anwendung
komplexer Analysemethoden zur Bestimmung des horizontalen und vertikalen Windfeldes und
der Wellenstrukturen (siehe Kap. 21). Weitere wichtige Aspekte der zukünftigen Interpretation
der Radarbeobachtungen liegen in der verstärkten Nutzung globaler Satellitendaten, in der engen
Kooperation mit den am IAP verfügbaren Experimenten zur optischen Sondierung der Atmosphäre
sowie in der Zusammenarbeit mit der Theorieabteilung zur atmosphärischen Zirkulation und der
sie bestimmenden Wellendynamik.
32