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

8 Lidarmessungen und Modellierung von Schwerewellen über
Kühlungsborn zwischen 1 und 100 km Höhe
(M. Rauthe, U. Berger, C. Fricke-Begemann, M. Gerding, J. Höffner, J. Lautenbach, P. Menzel)
Atmosphärische Schwerewellen haben auf
die Dynamik und die Temperaturstruktur
der mittleren und oberen Atmosphäre einen
starken Einfluss. Für die Untersuchung der
Schwerewellen können die von den Kühlungsborner
Lidars (s. Kap. 6) bei Nacht gemessenen
durchgängigen Temperaturprofile
benutzt werden (vgl. Abb. 8.1). Dabei
werden in den Messungen von 1 – 100 km
(bzw. 80 – 100 km bei Tag) Zeitauflösungen
von 10 min bis 1 h und Höhenauflösungen von
unter 1 km erreicht. Die Temperaturen zeigen
Wellenstrukturen (vgl. Abb. 8.1 und 8.2),
die sich mit der Höhe verändern. Die Amplituden
der welleninduzierten Temperaturvariationen
erreichen Werte von 0,5 – 1 K in
der Troposphäre bis teilweise über 30 K in
der unteren Thermosphäre. Der durch die
Messungen abgedeckte Höhenbereich erlaubt
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
16 18 20 22 0 2 4 6
Uhrzeit [UT]
]
erstmalig die gleichzeitige Beobachtung von Schwerewellen in ihrer Quellregion (Bereich der Tropopause)
bis in Bereiche der mittleren Atmosphäre (70 – 100 km), wo verstärkt Dissipationsprozesse
stattfinden. Dabei gestattet die Zeitauflösung die Erfassung aller kurzperiodischen Wellen
zwischen 20 min und 8 h.
Höhe [km]
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
Höhe [km]
280
260
240
220
200
180
160
Abb. 8.1: Lidarmessungen der Absoluttemperatur
vom 25. auf den 26. Februar 2003. Die gepunkteten
Linien geben die Übergänge zwischen den verschiedenen
Messmethoden an (s. Kap. 15).
10
22.02.03 23.02.03 23.02.03
24.02.03 24.02.03 25.02.03 25.02.03 26.02.03 26.02.03 27.02.03
0
12 16 20 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12
Uhrzeit [UT]
Abb. 8.2: Temperaturabweichungen vom jeweiligen Nachtmittel während fünf aufeinanderfolgender
Messnächte im Februar 2003, ergänzt durch die Tagesmessungen des K-Lidars. Die gestrichelten Linien
deuten die nach unten laufenden Phasen der Temperaturvariationen an.
In Abbildung 8.2 ist die bis jetzt längste zusammenhängende Messung der durchgängigen
Temperaturprofile vom Februar 2003 zu sehen. Die Temperaturabweichungen vom Nachtmittel
zeigen neben den mit der Höhe zunehmenden Amplituden auch starke Veränderungen der
Wellenstruktur von Nacht zu Nacht. Die Tageslicht-Daten des K-Lidars ergänzen die Nachtmessungen
beider Lidars und bestätigen den Eindruck der ständigen Anwesenheit von Wellen
(s. Kap. 15). Es ist möglich, die mit der Zeit nach unten laufenden Phasen der sich nach oben
44
20
16
12
8
4
0
-4
-8
-12
-16
-20
Temperaturabweichung vom Mittel [K]
Temperatur [K]