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

35 Jahres- und tageszeitliche Variation der Temperatur der arktischen
Mesopausenregion nach Meteorradar-Beobachtungen
(W. Singer, J. Bremer, W.K. Hocking 5 , J. Weiß, R. Latteck, U. Scholze)
Primäre Messgröße für die Temperaturbestimmung ist die vom Meteorradar gemessene Abklingzeit
der Meteorechos, die umgekehrt proportional zum ambipolaren Diffusionskoeffizienten ist,
der seinerseits von Temperatur und Druck abhängt. Hierbei wird angenommen, dass die Expansion
des vom verglühenden Meteoroiden erzeugten Ionisationsschlauches im wesentlichen durch
die ambipolare Diffusion bestimmt ist. Aus der Höhenabhängigkeit des gemessenen ambipolaren
Diffusionskoeffizienten kann mit Hilfe eines empirischen Modells des Temperaturgradienten
im Maximum der Meteorschicht direkt eine mittlere tägliche Temperatur abgeleitet werden
(Hocking, Geophys. Res. Lett., 21, 3297-3300, 1999), wobei für die zuverlässige Bestimmung
der Höhenabhängigkeit des Diffusionskoeffizienten einige tausend Echos erforderlich sind. Die
so bestimmte Temperatur stellt einen Mittelwert über die Meteorschicht dar, deren Dicke etwa
8 − 10 km beträgt mit den kleinsten Werten im Sommer.
Abb. 35.1: Jahreszeitliche Variation der Temperaturen
und Höhe des Maximums der Meteorschicht
nach Radarbeobachtungen in Juliusruh/54,6 ◦ N (oberes
Bild) und in Andenes/69,3 ◦ N (unteres Bild).
Für mittlere Breiten wurde ein empirisches
Modell des Temperaturgradienten unter
Nutzung der am IAP mit einem Kalium-
Lidar durchgeführten Temperaturmessungen
und der in Wuppertal aus nächtlichen
OH*-Emissionen bestimmten Temperaturen
abgeleitet. Hiervon ausgehend wurde
von Hocking auch ein Modell für hohe Breiten
entwickelt. Die Bestimmung der tageszeitlichen
Variation der Temperatur erfolgt
auf der Basis von Analysen von mindestens
4 Tagen, in der Regel aber 10 Tagen
unter Berücksichtigung der tageszeitlichen
Variation des Temperaturgradienten.
Für die Anordnung der Daten in Stunden-
Intervalle sind so Raten von einigen tausend
Meteoren gewährleistet, wie sie für zuverlässige
Bestimmung des Höhengradienten
des ambipolaren Diffusionskoeffizienten
erforderlich sind.
Tägliche Temperaturen und Temperaturgezeiten
wurden aus Beobachtungen mit
einem Meteorradar auf 32, 5 MHz in einer
Höhe von 90 km in mittleren Breiten (Juliusruh)
zwischen November 1999 und August
2001 sowie in arktischen Breiten (Andenes)
zwischen Oktober 2001 und Dezember
2003 ermittelt. Für eine zuverlässige
Bestimmung der jahreszeitlichen Variation
täglicher Temperaturen auch bei niedrigen
Meteorraten im Winter (siehe Kapitel 37) wurden 72-Stunden-Datenblöcke analysiert. Die jahreszeitliche
Variation in mittleren und arktischen Breiten ist durch hohe Temperaturen im Winter
und beträchtlich kleinere Temperaturen im Sommer gekennzeichnet (Abb. 35.1). Die Sommertemperaturen
in arktischen Breiten sind etwa 30 K niedriger und erreichen Werte von 115 K,
während die Wintertemperaturen etwa 10 K höher sind als in mittleren Breiten.
5 University of Western Ontario, London, Kanada
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