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

14 Messungen von Schwerewellen in NLC
(N. Kaifler, G. Baumgarten, J. Fiedler, F.-J. Lübken)
Atmosphärische Schwerewellen können in der Troposphäre angeregt werden, beispielsweise durch
die Überströmung von Hindernissen oder durch Wettersysteme, und breiten sich nach oben aus,
wobei Energie und Impuls transportiert werden. Die Amplitude der Wellen wächst aufgrund der
abnehmenden Dichte an, bis die Wellen schließlich brechen. Schwerewellen spielen eine wichtige
Rolle bezüglich des Energie- und Impulseintrags in dieser Region, der von Bedeutung für die
residuelle Zirkulation ist. Typische Zeitskalen dieser Wellen liegen zwischen wenigen Stunden und
Minuten und horizontalen Skalen zwischen wenigen 10 m bis zu einigen 100 km. Schwerewellen
können durch Fluktuationen der Dichte, der Temperatur und des Windes gemessen werden. In
der kalten polaren Sommermesopausenregion führen Schwankungen der Hintergrundbedingungen,
wie z. B. der Temperatur, zu einem Anwachsen oder Abschmelzen von Eisteilchen, die als NLC
sichtbar werden. Störungen der Temperatur verändern so z. B. die Helligkeit der NLC. Aufgrund
der starken Rückstreuung der etwa 50 nm großen Eisteilchen können diese Änderungen mit Lidars
genau vermessen werden. Die Beobachtung von Strukturen in NLC bietet somit die Möglichkeit,
mikrophysikalische Prozesse der Wolkenbildung und die Eigenschaften der Hintergrundfelder zu
untersuchen.
Wir nutzen das in Nordnorwegen aufgebaute
ALOMAR RMR-Lidar für die Beobachtung
von kurzperiodischen Schwankungen in NLC.
Die bisher eingesetzte Analyse (z. B. für Gezeiten)
beruht auf Daten, die 14 Minuten gemittelt
sind. In den letzten Jahren konnte die zeitliche
Auflösung auf 30 s erhöht werden, was erstmals
die Beobachtung von Wellen auf einer Skala
von wenigen Minuten ermöglicht. Eine NLC-
Messung aus dem Juli 2010 ist in Abb. 14.1
in 10 Minuten Auflösung gezeigt, und im Vergleich
dazu ein anderthalbstündiger Ausschnitt
in 30 Sekunden Auflösung in Abb. 14.2. Deutlich
erkennt man Wellenbewegungen und eine
Abb. 14.1: NLC-Messung im Juli 2010 in 10 Minuten
Auflösung mit 3,7 h Dauer
vertikale Struktur. Um 21:05 Uhr sowie um 21:43 Uhr sind Doppelschichten sichtbar. Gegen 21:25
Uhr scheint sich ein Wirbel auszubilden, ein Hinweis auf eine Kelvin-Helmholtz-Instabilität. Später,
nach 21:55 Uhr, finden sich weitere sehr feine Strukturen.
Abb. 14.2: Ausschnitt der NLC in Abb. 14.1 in 30 s Auflösung
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