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

der Winde des Windprofilers in Lindenberg (d) für Höhen um 8 km, wobei hier aber in Höhen
um 12 km auch deutlich kürzere vertikale Wellenlängen gefunden wurden.
Zur Abschätzung der Schwerewellenparameter
an jedem
Standort kann eine Hodographbzw.Stokes-Parameter-Analyse
unter Einbeziehung der
Polarisations- und Dispersionsgleichung
sowie der Dopplerverschiebung
zwischen beobachteter
und intrinsischer
Frequenz benutzt werden, um
sowohl die intrinsische Periode
selbst als auch die horizontalen
Wellenlängen zu
schätzen. Eine effizientere Methode
zur Identifikation langperiodischer
Wellen und ihrer Abb. 34.2: Wavelet-Transformation der zonalen und meridionale
räumlichen Konsistenz über
einen Abstand von ca. 250 km
besteht in der Kreuzspektralanalyse
der Messdaten beider
Windkomponenten in Kühlungsborn(a,b) und Lindenberg (c,d), im
oberen Teil (a,c) als Wavelet-Transformation über der Zeit für Höhen
von 4,75 – 6, 25 km, im unteren Teil(b,d) als Wavelet-Transformation
der Windprofile für feste Zeiten.
Standorte. Im linken Teil der Abbildung 34.3 ist die Amplitude des Kreuzspektrums dargestellt
und zeigt eine dominierende gemeinsame Welle mit einer beobachteten Periode von ca. 10, 7 h.
Die Phasendifferenz (rote Linie) des Auftretens des Maximums für diese Welle an beiden Standorten
beträgt -31◦ , aus der sich eine zeitliche Differenz von −0, 92 h ergibt.
0 0.05 0.1 0.15
Frequenz [h
0.2 0.25
-1 0.03
20
Periode [h]
10 6.7 5 4
180
120
0.02
60
0
0.01
-60
-120
0
]
-180
0 0.05 0.1 0.15
Frequenz [h
0.2 0.25
-1 Die Signifikanz dieser Welle wird durch
a) b)
1
20
Periode [h]
10 6.7 5 4 die im rechten Teil der Abbildung 34.3
dargestellten Kohärenzfunktion nachgewiesen.
Unter Berücksichtigung ei-
0.8
nes Abstandvektors zwischen beiden
Standorten und der separat z.B. durch
die Stokes-Parameter-Analyse an bei-
0.6
den Beobachtungspunkten abgeschätzte
horizontale Ausbreitungsrichtung
0.4
]
der Schwerewelle (siehe Schema 34.4)
kann dann sowohl die horizontale Wellenlänge
als auch die Phasengeschwin-
Abb. 34.3: Ergebnisse der Kreuz-Spektral-Analyse der digkeit der Welle abgeleitet werden.
Daten aus Kühlungsborn and Lindenberg vom 17.12.99 für
den Höhenbereich von 3,25 – 7, 75 km; Links: Amplitude
(schwarz) und Phase (rot); Rechts: Kohärenz-Spektrum.
Dabei bezeichnet α den Winkel zwischen
Abstandsvektor und der Ausbreitungsrichtung.
spektrale Leistungsdichte [J/kg]
Phase [°]
Kohärenzspektrum
Die auf diesem relativ einfachen Weg abgeschätzte horizontale
Wellenlänge beträgt 940 km und ist in guter Übereinstimmung
mit den Auswertungen einer gemeinsamen Radiosonden-/Radar-
Messkampagne. Diese Methodik wurde auch erfolgreich im Rahmen
des MaCWAVE-Projektes und eines ARI-Projektes zur Untersuchung
der Ausbreitung von Schwerewellen bei zusätzlichem Einfluss orographisch
angeregter Gebirgswellen über Nordskandinavien auf der Basis
der um ca. 250 km voneinander entfernten VHF-Radar-Messungen in
Andenes (69,3 ◦ N; 16,0 ◦ E) und Kiruna (67,9 ◦ N; 21,1 ◦ E) eingesetzt.
99
�
Radar 1
(x1, y1)
Distanz S
��
Radar 2
(x2, y2)
horizontale
Wellenzahl k
Abb. 34.4: Schema zur
Schwerewellenausbreitung
an zwei Standorten.