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

23 VHF-Radarechos aus der E-Schicht
(M. Rapp, L. Leitert, R. Latteck, M. Zecha, P. Hoffmann, J. Höffner,)
In den Jahren 2004 – 2008 wurden mit dem ALWIN-VHF-Radar in Nordnorwegen die routinemäßigen
Beobachtungen von polaren mesosphärischen Sommer- und Winterechos auf Höhen von
95 – 115 km ausgedehnt. Die Motivation für dieses Messprogramm waren frühere Beobachtungen
mit dem ALOMAR-SOUSY-Radar des Max-Planck-Instituts für Aeronomie. Diese zeigten eine
neue Art von Radarechos, die möglicherweise mit Plasmainstabilitäten in diesem Höhenbereich in
Verbindung gebracht werden können. Während diese Art von Echos in den hier betrachteten Jahren
nicht beobachtet werden konnte, so wurde allerdings eine andere Klasse von bisher unbekannten
Echos entdeckt. Diese sollen im Folgenden mit E-Schicht-Echos bezeichnet werden.
Height (km)
101
100
99
98
97
96
SNR (dB)
95
00:00 03:00
UTC
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Height (km)
114
113
112
111
110
109
SNR (dB)
108
20:00 20:30 21:00
UTC
Abb. 23.1: Zwei Beispiele für unerwartet beobachtete VHF-
Radarechos aus Höhen oberhalb von 90 km, hier aus dem Juni
(links) und Juli 2008 (rechts).
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Abb. 23.1 zeigt zwei Beispiele
solcher Echos, wie sie im Juni
und Juli 2008 beobachtet wurden.
Die Echos sind besonders
schmal, d. h. oft nur 1 – 2 Rangegates
dick (300 – 600 m), und zeigen
eine charakteristische Auf- und Abwärtsbewegung
mit Absink- bzw.
Aufstiegsgeschwindigkeiten, wie sie
auch von Schwerewellen erwartet
werden. Diese Absink- und Aufstiegsgeschwindigkeiten
sind mit
den Dopplergeschwindigkeiten der
Echos konsistent, was darauf hindeutet,
dass die streuenden Strukturen
mit dem Vertikalwind aufund
abtransportiert werden. Ferner
zeigt sich, dass die beobachteten spektralen Breiten sehr gering sind und dass die Aspektempfindlichkeit
sehr hoch ist, also spiegelartige Reflexion vorliegt. Dies äußert sich vor allem darin, dass
die Echos fast ausschließlich in der Vertikalen beobachtet werden, während sie mit geschwenktem
Radarstrahl nicht detektiert werden.
Abb. 23.2: Saisonale Variation und Höhenverteilung des Auftretens der hier untersuchten VHF-
Radarechos.
Abb. 23.2 zeigt die saisonale Variation und Höhenverteilung der relativen Häufigkeit, mit der
die Echos beobachtet werden. Die Echos treten vermehrt in den Sommermonaten auf, auch wenn
vereinzelte Ereignisse im September und sogar im Januar registriert werden. Als Funktion der
Höhe zeigt die relative Häufigkeit ein klares Maximum in etwa 100 km, wobei Echos im gesamten
Bereich von 93 – 115 km beobachtet werden.
Besonders markant und richtungsweisend für die Interpretation der Echos ist jedoch die mittlere
tägliche Variation der Auftrittswahrscheinlichkeit der Echos. So zeigt Abb. 23.3 die in den Jahren
2004 – 2008 beobachtete Anzahl von Echos als Höhen-Tageszeitmuster.
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