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

32 EISCAT-Beobachtungen von Meteorstaub und PMSE
(G. Teiser, Q. Li, I. Strelnikova, M. Rapp)
Abb. 32.1: linkes Bild: Elektronendichte vom 14. Dezember 2010 gemessen mit dem EISCAT VHF-Radar;
rechtes Bild: Höhenprofil des spektralen Parameters n für die im linken Bild rot markierte Zeit und Höhe.
Abb. 32.2: Drei Fälle für Elektronenkonzentrationen
bei Auftreten
von PMSE: das obere Bild zeigt
starke, das mittlere schwache und
das untere keine Einbrüche der Konzentration.
Radarwellen werden an Irregularitäten der mesosphärischen
Elektronendichte, die im Größenbereich der halben Radarwellenlänge
(Bragg-Wellenlänge) liegen, rückgestreut. Durch Anwesenheit
von geladenen Aerosolen ändert sich in diesen Höhen
die Ladungsbilanz und es kommt zur Ausbildung von zwei
Diffusionsmoden des Plasmas. Das wiederum hat einen Effekt
sowohl auf die kohärente als auch auf die inkohärente Streuung
der Radarwellen. Dies passiert einerseits, da die Elektronendiffusivität
reduziert wird, wodurch z. B. durch Turbulenz erzeugte
Strukturen im Elektronengas über einen längeren Zeitraum
erhalten bleiben und zu einem starken Radarsignal führen (kohärent).
Andererseits ändert sich im inkohärenten Bereich die
Form des rückgestreuten Spektrums.
Eines dieser Aerosole sind Meteorstaubpartikel (MSP),
Rekondensationsprodukte der beim Eintritt in die Erdatmosphäre
abgetragenen Moleküle und Atome von Meteoroiden.
Es wird angenommen, dass ein Großteil der eingetragenen
∼ 10 – 100 t/Tag rekondensiert und die resultierenden Partikel
bis auf ∼ 1 – 10 nm im Radius anwachsen. Die so entstandenen
MSP, die sich in einem Höhenbereich von 70 – 100 km bilden
und über Transportprozesse in der ganzen Atmosphäre verteilt
werden, stehen schon seit längerem unter Verdacht, Nukleationskeime
für mesosphärische Eispartikel zu sein. Werden diese
negativ geladen, z. B. durch Elektroneneinfang, sagt die Theorie
für inkohärente Streuung von Radarwellen voraus, dass die
Form der ISR-Spektren verändert wird. Mathematisch kann
die Form dieser Spektren über einen Parameter n beschrieben
werden. Ist dieser kleiner als 1, weist dies auf die Anwesenheit
von geladenen Aerosolen hin. Messungen, die im Zuge
der ECOMA-Kampagne im Jahre 2010 während des Geminidenschauers
mit dem EISCAT-VHF-Radar gemacht wurden,
sind daraufhin ausgewertet worden. In Abb. 32.1 zeigt das Höhenprofil,
dass n unterhalb von 85 km kleiner als 1 wird, was
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