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

Die Meteorradare (SKiYMET)
Die am IAP eingesetzten All-Sky-Meteorradare (SKiYMET) auf Andøya (rechts in Abb. 17.5) und
in Juliusruh zeichnen sich durch ihre hohe Zuverlässigkeit in der Bestimmung des Windfeldes im
Höhenbereich zwischen 75 und 100 km aus. Damit ergänzen sie hervorragend die Windmessungen
der MF-Radare, die den Höhenbereich darunter abdecken. Die Kombination beider Messungen
ermöglicht es, das Windfeld über den gesamten Bereich der Mesosphäre bis hin zur unteren Thermosphäre
zu erfassen.
Abb. 17.5: MF-Radar (links) und Meteorradar
(rechts) auf Andøya
Grundlage der Messungen mit den SKiYMET-
Radaren ist die Reflexion der auf 32,5 MHz und
53,5 MHz ausgestrahlten 13 µs langen elektromagnetischen
Impulse an den Ionisationsspuren von
Meteoren. Die reflektierten Signale werden in einem
aus 5 gekreuzten Yagi-Antennen bestehenden
Empfangsfeld gemessen. Diese Konfiguration
erlaubt die interferometrische Auswertung der Radarechos
und somit die Positionsbestimmung der
Meteore sowie die Entfernungsmessung mit bis zu
2 km Auflösung. Die erreichte Winkelgenauigkeit
des Interferometers beträgt 2 ◦ .
Die SKiYMET-Meteorradare beobachten zwischen
3000 und 16000 Meteore am Tag mit einem
maximalen Fluss in 90 km Höhe. Aus den gemessenen
Radialwindgeschwindigkeiten wird das Windfeld über den gesamten Beobachtungsbereich
bestimmt. Die Diffusion der Plasmaschweife kann dazu genutzt werden, die Temperatur in der
Höhe des maximalen Flusses abzuschätzen. Aus dem berechneten Windfeld können auch Rückschlüsse
auf die Schwerewellenaktivität und die Impulsflüsse gezogen werden. Ein anderer Aspekt
dieser Radare ist die Untersuchung der astrophysikalischen Eigenschaften der Meteore. So kann
aus den Daten die Meteorgeschwindigkeit, die Radiantposition und die Elektronenliniendichte im
Reflektionspunkt bestimmt werden. Ferner kann unter Zuhilfenahme eines Ablationsmodells der
Massenfluss in die mittlere Atmosphäre bestimmt werden. Die SKiYMET-Experimente werden
durch die Möglichkeit ergänzt, die VHF-Radare als Meteorradare zu nutzen. Dadurch können an
beiden Standorten Meteorbeobachtungen auf den Frequenzen 32,5 MHz und 53,5 MHz kontinuierlich
aufgezeichnet werden.
Die Ionosonde
Zur Kurzfristvorhersage der Funkwellenausbreitung in der Ionosphäre
und zur Analyse langzeitiger Variabilitäten wird die Ionosonde
des IAP in Juliusruh (Abb. 17.6) eingesetzt. Ihre Sendefrequenz
wird dabei in 50-kHz-Schritten von 1 bis etwa 15 MHz
variiert. Kurze elektromagnetische Impulse mit einer Spitzenleistung
von 250 W werden über eine gekreuzte Rhombusantenne
senkrecht in die Atmosphäre abgestrahlt. In Höhen, in denen die
Plasmafrequenz gleich der Sendefrequenz ist, werden sie total reflektiert
und am Boden mittels vier gekreuzter Rahmenantennen
wieder empfangen. Aus den Echos werden Amplitude, Laufzeit,
Dopplerverschiebung, Polarisation und Einfallswinkel bestimmt
und für alle Frequenzen in einem Ionogramm dargestellt, um
Standardparameter, wie zum Beispiel die Grenzfrequenzen und
Höhen der ionosphärischen E-, Es-, F1- und F2-Schicht, zu bestimmen.
Des Weiteren werden Profile der Elektronendichte im
Höhenbereich zwischen 100 und 300 km abgeleitet.
Abb. 17.6: Die Ionosonde in Juliusruh
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