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

EISCAT min
EISCAT max
Abb. 23.3: Tageszeitliche und Höhenvariation des Auftretens der
hier untersuchten VHF-Radarechos.
Deutlich ist hierin ein halbtägiges
Muster zu erkennen, welches in
niedrigeren Höhen mit einem entsprechenden
Muster der halbtägigen
Gezeit in unabhängig beobachteten
Winden übereinstimmt.
Seit vielen Jahren ist bekannt, dass
die von den Gezeiten hervorgerufenen
Windscherungen in der E-
Schicht für das Auftreten sogenannter
sporadischer E-Schichten
verantwortlich sind. Durch Kombination
einer vertikalen Scherung
des horizontalen Windes bei einer
gleichzeitigen nichtverschwindenden
Horizontalkomponente des
Erdmagnetfeldes kommt es durch
die Lorentzkraft zu einer Konvergenz
freier Elektronen, die sich in
Form stark erhöhter Elektronendichteschichten
zeigt. Das hier gezeigte tageszeitliche Muster der E-Schicht-Echos legt also die
Vermutung nahe, dass diese Echos in einer Beziehung zu sporadischen E-Schichten stehen. In der
Tat lässt sich dies für unsere Beobachtungen durch Vergleich zu nahegelegenen Ionosondenmessungen
sowie durch gleichzeitige Messungen einer sporadischen Eisenschicht (siehe den linken Teil
von Abb. 23.4) nachweisen.
Altitude (km)
105
104
103
102
101
100
99
98
4.8
4.6
4.4
4.2
4
97
96
3.8
95
21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:30 00:00 00:30
Time (UTC)
3.6
Abb. 23.4: links: Höhen-Zeitschnitt der gleichzeitigen Lidarmessung einer sporadischen Fe-Schicht (farbige
Pixel) und der Radarmessung eines E-Schicht-Echos (rote Kontur); rechts: Abhängigkeit des Reflexionskoeffizienten
vom Gradienten der Elektronendichte (dicke schwarze Linie); Gepunktete horizontale Linien
zeigen den von ALWIN gemessenen Bereich von Reflexionskoeffizienten. Vertikale Linien zeigen den von
EISCAT gemessenen Bereich von Elektronendichtegradienten.
Da auszuschließen ist, dass die Echos bei der gegebenen Frequenz von 50 MHz durch Totalreflexion
erzeugt werden (da die dafür benötigte Elektronendichte unrealistisch hoch ist), und da
auch turbulente Streuung aufgrund der sehr geringen spektralen Breiten und der hohen Aspektempfindlichkeit
ausgeschlossen werden kann, wurde abschließend untersucht, ob partielle Reflexionen
an den großen Elektronendichtegradienten in sporadischen Schichten für das Auftreten der
Echos verantwortlich sein können. In diese Untersuchung flossen direkt mit EISCAT gemessene
Elektronendichtegradienten ein, womit die beobachteten Reflexionskoeffizienten in der Tat reproduziert
werden konnten (siehe den rechten Teil der Abb. 23.4). Damit stehen dem IAP in Zukunft
Messungen in der unteren Thermosphäre zur Verfügung, die es möglicherweise erlauben, bisher
durchgeführte Gezeitenstudien in einen größeren Höhenbereich auszudehnen. Ferner wird derzeit
untersucht, ob und wie häufig die Echos auch in mittleren Breiten mit dem OSWIN-Radar beobachtet
werden.
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