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

diese Beobachtungen unter der Annahme interpretiert, dass beobachtete Echomaxima den Linien
konstanter Phase einer solchen ebenen Schwerewelle folgen.
Die betrachtete Geometrie ist in Abb. 20.3 nochmals
schematisch dargestellt. Aus der reinen zeitlichen Veränderung
des Beobachtungsmusters lassen sich unter der oben
genannten Annahme horizontale und vertikale Phasengeschwindigkeiten
ableiten. Diese betragen für den gezeigten
Zeitraum 33 m/s in westliche Richtung und eine abwärts gerichtete
Phasenausbreitung von 1,7 m/s in der Vertikalen.
Interessanterweise ergibt sich daraus bereits eine für Schwerewellen
erwartete Eigenschaft, nämlich, dass die Wellen in
der Regel gegen den Grundstrom propagieren, da die mit
dem Grundstrom propagierenden Wellen mit großer Wahrscheinlichkeit
auf ein kritisches Niveau treffen, wo sie absorbiert
werden. In der Tat weht in diesem Fall der mittlere
Hintergrundwind mit etwa 40 m/s nach Osten, so dass die
Abb. 20.3: Schema zur Illustration der hier abgeleitete beobachtete horizontale Phasengeschwindigkeit
von – 33 m/s einer intrinsischen Phasengeschwindig-
Schwerewellenausbreitung
keit von – 73 m/s entspricht. Unter der weiteren Zuhilfenahme der linearen Schwerewellentheorie
(Dispersionsrelation) lassen sich dann alle relevanten Wellenparameter, wie die beobachtete und intrinsische
Periode (3,8 h/105 min) sowie die horizontale und vertikale Wellenlänge (460 km/23 km),
ableiten.
Abb. 20.4: Zeitreihen der Zonal- (rote
Linie) und Meridionalwindfluktuationen
(blaue Linie) nach Bandpassfilterung
über ein Periodenintervall von
3 – 4 Stunden.
Was bleibt, ist aber die Frage, ob die oben gemachte
Annahme, dass die Echomaxima Linien konstanter Phasen
einer Schwerewelle folgen, in der Tat zu halten ist.
Um dies zu überprüfen, wurden gleichzeitige Windmessungen
mit dem Saura-MF-Radar herangezogen und auf ihren
spektralen Gehalt hin untersucht. In der Tat findet
sich in diesen Winddaten eine deutliche Wellenaktivität
im oben abgeschätzten Periodenbereich von 3 – 4 h. Dies
ist in Abb. 20.4 verdeutlicht, welche Zeitreihen der Zonalund
Meridionalwindfluktuationen (u ′
und v ′ ) aus den MF-
Radarmessungen nach Bandpassfilterung für den oben genannten
Periodenbereich zeigt. Zum Zeitpunkt der beobachteten
PMWE (19 – 19:30 h) wird in der Tat auch in diesen
Daten eine in Ost-West-Richtung propagierende (erkennbar
am großen Verhältnis von u ′ und v ′ ) Schwerewelle
identifiziert, was die oben gemachte Annahme verifiziert.
Die beobachtete dreidimensionale PMWE-Morphologie
lässt sich also in der Tat durch die Morphologie einer westwärts
gegen den Grundstrom propagierenden Schwerewelle
erklären. Dabei ist bemerkenswert, dass der aus den
MAARSY-Dopplermessungen abgeleitete Hintergrundwind
trotzdem mit den aus MF- und Meteorradarmessungen abgeleiteten Winden übereinstimmt. Dies
deutet darauf hin, dass der Erzeugungsprozess der beobachteten Echos eng mit dem Brechungsprozess
der identifizierten Schwerewelle verknüpft ist. Das heißt, dass die Erzeugung der Brechungsindexfluktuationen
mit der Phasenausbreitung der Welle wandert, nicht aber die Brechungsindexfluktuationen
selbst. Dies legt eine wichtige Rolle der Schwerewellendynamik für das Auftreten
der PMWE nahe, so dass dieser spezielle Punkt in Zukunft bei der Interpretation von PMWE-
Beobachtungen näher untersucht werden wird.
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