Institutsbericht 2002/2003 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

34 Schwerewellenanalysen aus simultanen Radar-Beobachtungen
an zwei Stationen
(A. Serafimovich, P. Hoffmann, D. Peters, V. Lehmann 4 )
Das Verständnis physikalischer Prozesse in der Atmosphäre ist ohne die Kenntnis atmosphärischer
Schwerewellen nicht möglich, da sie wesentlich die thermische und dynamische Struktur
von der Troposphäre bis zur unteren Thermosphäre beeinflussen. Zur Untersuchung der Anregung
und Ausbreitung der Schwerewellen eignen sich insbesondere VHF-Radar-Sondierungen
aufgrund ihrer Möglichkeiten zur kontinuierlichen Erfassung der Struktur und Dynamik in der
Tropo- /unteren Stratosphäre bei einer hohen zeitlichen und vertikalen Auflösung der Messdaten.
Am IAP wurden Methoden zur Ableitung von Schwerewellenparametern auf der Basis von
Windmessungen mit dem OSWIN-VHF-Radar in Kühlungsborn (54,1 ◦ N; 11,8 ◦ E, siehe auch
Kapitel 25) weiterentwickelt und beispielsweise im Rahmen des Projektes LEWIZ (siehe auch
Kapitel 49 bzw. 50) zur Untersuchung von Trägheitsschwerewellen mit Perioden von mehreren
Stunden und horizontalen Wellenlängen größer als 100 km angewandt.
Zur Untersuchung der Raum-
Zeit-Struktur der Wellen wurden
im Rahmen einer Messkampagne
vom 17.-19.12.99
zusätzlich auch die Daten
des 482 MHz Windprofiler
in Lindenberg (52,2 ◦ N;
14,1 ◦ E) analysiert. Der Abstand
zwischen beiden Radars
beträgt 265 km. Die
aus den Radarmessungen für
beide Standorte abgeleiteten
zonalen und meridionalen
Winde werden in Abbildung
34.1 dargestellt. Der zonale
Wind über Kühlungsborn
(a) nimmt vom 17.12. zu
und erreicht in der Nacht zum
a) 15
Höhe [km]
Höhe [km]
12
9
6
12
9
6
3
mittlerer zonaler Wind
17 18 19 20
Dezember 1999
[m/s]
60
50
40
30
20
10
10
0
-10
-20
-30
15
c)
Höhe [km]
Höhe [km]
12
9
6
12
9
6
3
mittlerer zonaler Wind
3
0
-10
3
0
-10
17 18 19 20 17 18 19 20
Dezember 1999
Dezember 1999
b) 15
mittlerer meridionaler Wind
[m/s]
15
d)
mittlerer meridionaler Wind
[m/s]
17 18 19 20
Dezember 1999
Abb. 34.1: Mittlere zonale und meridionale Winde in Kühlungsborn(a,b)
und in Lindenberg (c,d).
19.12. sein Maximum mit Werten von 50 m s −1 im Höhenbereich von 6−10 km. Der meridionale
Wind (b) zeigt ein Maximum des Nordwindes mit Werten über 20 m s −1 unmittelbar vor dem
Maximum des Westwindes am Mittag des 18.12.99. Die Beobachtungen mit dem Windprofiler
in Lindenberg (c,d) ergeben ein vergleichbares Bild. Die mittleren Winde befinden sich in guter
Übereinstimmung mit den aus den ECMWF-Analysen abgeleiteten Winden, die Radarmessungen
gestatten aber auf Grund der höheren zeitlichen Auflösung eine detailliertere Erfassung
der Variabilität. Die Ableitung der Schwerewellenparameter erfolgt über eine Auswertung der
Fluktuationen der Winde nach Anwendung einer geeigneten zweidimensionalen Filterung, deren
Parameter mittels einer vorangegangenen Wavelet-Analyse ausgewählt wurden. Mit Hilfe
dieses Verfahrens kann die Höhen- und Zeitabhängigkeit der Schwerewellencharakteristika, für
die im allgemeinen die Voraussetzung der Stationarität nicht gegeben ist, besser berücksichtigt
werden. Resultate mit dieser Methodik werden in Abbildung 34.2 beschrieben. Aus den Wavelet-
Transformationen der Zeitreihen der Winde, gemittelt über den Höhenbereich von 4,75 – 6, 25 km
(a,c) wurde das Auftreten signifikanter Perioden von ca. 8 – 14 h für den 17.12.99 an beiden
Radarstandorten diagnostiziert. Für diesen Tag ergab die Wavelet-Analyse der Windprofile des
OSWIN-VHF-Radar in Kühlungsborn dominierende vertikale Wellenlängen von 3 – 4 km in einer
Höhe von ca. 7 km(b). Ein vergleichbares Bild ergab sich auch aus der Wavelet-Transformation
4 Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Lindenberg
98
[m/s]
60
50
40
30
20
10
10
0
-10
-20
-30