LEIBNIZ-INsTITUT FöUR ATMOsPHöARENPHYsIK e. V. an der ...

16 Tages- und jahreszeitliche Variationen von PMSE
(P. Hoffmann, J. Bremer, W. Singer, D. Keuer, H. Bardey, U. Scholze)
Während der Sommermonate werden in der Mesopausenregion in polaren Breiten die kältesten
in der Erdatmosphäre auftretenden Temperaturen mit Werten bis zu 130 K beobachtet.
Unter diesen Bedingungen zeigen VHF-Radarbeobachtungen extrem starke Echos in Höhen zwischen
80 und 90 km. Obwohl die als polare mesosphärische Sommerechos (PMSE) bezeichneten
Strukturen bereits 1979 entdeckt wurden, ist die Frage nach ihren Entstehungsmechanismen
noch nicht richtig verstanden. Nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand kann ein VHF Radar
mit Frequenzen um 50 MHz nur dann diese Echos beobachten, wenn die Diffusivität der für
die Radar-Rückstreuung verantwortlichen Elektronen durch die Präsenz großer geladener Teilchen
herabgesetzt wird. Es ist sehr wahrscheinlich, dass dafür im wesentlichen die Existenz von
Eisteilchen entscheidend ist. Das wird auch durch neue korrelative Untersuchungen von PMSE
und leuchtenden Nachtwolken (NLC) bestätigt (siehe z.B. Kap. 15 bzw. von Zahn and Bremer,
1999). Basierend auf PMSE Beobachtungen mit dem ALOMAR SOUSY Radar zwischen 1994
- 1997 in Andenes wurde der Einfluss von Temperatur, Wind und Ionisation auf die tages- und
jahreszeitliche Variationen des Auftretens der PMSE untersucht.
In Abb. 16.1 ist die jahreszeitliche
Variation der mittleren
prozentualen Wahrscheinlichkeit
für das Auftreten von PMSE
als polynomialer Fit der aus allen
Daten ermittelten täglichen Auftrittswahrscheinlichkeitendargestellt.
Die PMSE Saison beginnt
um den 20. Mai mit einem steilen
Anstieg der Auftrittswahrscheinlichkeit,
sie hat ihr Maximum
einige Tage nach dem Solstitium
und zeigt ein allmähliches
Abklingen der PMSE Aktivität
bis Ende August. Mit den
mittleren Temperaturen aus 85
km Höhe, die aus vorwiegend
in Andenes durchgeführten Raketenmessungen
abgeleitet wurden
(Lübken, J. Geophys. Res.,
104, 9135-9149, 1999), und einem
experimentell ermittelten Wasser-
Abb. 16.1 Jahreszeitliche Variation der mittleren Auftrittswahrscheinlichkeit
von PMSE in Andenes für die Zeit
von 1994 - 1997 (schwarze Kurve), des Sättigungsgrads S
(rote Kurve) und der für eine Höhe von 85 km abgeleiteten
Temperaturen (Lübken, 1999)(blaue Kurve) sowie die
mittlere Beobachtungszeit von NLC (grüne Gerade).
dampfmischungsverhältnis von 4,1 ppmV (von Cossart et al., 1999a) wurde der Sättigungsgrad
S von Wasser ermittelt und in Abb. 16.1 dargestellt. Eine notwendige Bedingung für die Existenz
von Eisteilchen ist S > 1. Diese Bedingung ist in der Zeit von Ende Mai bis Mitte August
erfüllt. In diese Periode fällt auch das Intervall der mit ALOMAR- Lidarmessungen beobachteten
leuchtenden Nachtwolken (NLC). Das Auftreten von PMSE ausserhalb dieser Periode kann entweder
durch die Präsenz anderer geladener großer Teilchen oder durch kurzzeitige ausreichende
Temperaturvariationen infolge von Schwere- und Gezeitenwellen erklärt werden.
PMSE weisen eine ausgeprägte tageszeitliche Variation auf. Sowohl die maximale Signalstärke
(SNR) als auch ihre Höhe zeigen eine dominierende halbtägige Variation (Abb. 16.2). Maxima
treten gegen Mittag und Mitternacht und Minima gegen 6-7 LT und 18-19 LT auf. Eine Erklärung
dieser halbtägigen Variation ist durch Temperaturgezeiten möglich, die mit den Windgezeiten
verbunden sind.