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

15 Tägliche Temperatur-Variationen in der Mesopausenregion
(C. Fricke-Begemann, J. Höffner, J. Lautenbach)
Die Temperaturen in der Mesopausenregion sind starken Schwankungen durch Wellen und Gezeiten
unterworfen, die Perioden von einigen Minuten bis zu Tagen aufweisen können. Diese
Variationen werden am IAP mit Kalium-Temperatur-Lidars seit längerem untersucht. Durch
die Erlangung der Tageslichtfähigkeit sind die Messungen nicht mehr auf die Nachtstunden
beschränkt. Während das mobile Kalium-Lidar bereits seit November 2000 bei Tageslicht einsatzfähig
ist (siehe auch Kap. 10), wurde dies für das stationäre Instrument in Kühlungsborn
im Herbst 2002 durch den Einbau besserer Empfangsteleskope erreicht (Kap. 6). Wie im folgenden
Beispiel erläutert, ist damit auch hier die Erforschung von längerperiodischen Wellen, wie
etwa ganztägigen Gezeiten, möglich. Kontinuierliche Messungen über mehrere Tage erlauben
zusätzlich, Schwankungen der Wellenaktivität zu untersuchen.
Höhe [km]
22.02.
105
23.02. 24.02. 25.02. 26.02. 27.02.
100
95
90
85
80
12 0 12 0 12 0
Lokalzeit [h]
12 0 12 0 12
Abb. 15.1: Die gemessenen Temperaturen über Kühlungsborn (54 ◦ N) im Februar 2003. Messlücken
sind durch Wolken verursacht. Bei Tageslicht ist der nutzbare Höhenbereich eingeschränkt.
Eine Periode mit guten Wetterbedingungen im Februar 2003 erlaubte kontinuierliche Messung
über beinahe 5 Tage (siehe auch Kap. 8). Die mit einer Auflösung von 2 Stunden ge-
messenen Temperaturen in der Mesopausenregion sind in Abb. 15.1 dargestellt. Man erkennt
deutlich regelmäßige und unregelmäßige Temperaturschwankungen.
Führt man eine Spektralanalyse der Temperaturvariationen
in einer Höhe durch (Abb. 15.2),
so lassen sich die Perioden der Schwankungen und
deren Leistungsdichte bestimmen. Dominierend
sind Wellen mit Perioden von 12 Stunden, aber
auch 24 und 8 Stunden werden beobachtet. Diese
Oberschwingungen der Tagesdauer sind Gezeiten,
die durch Absorption solarer Strahlung angeregt
werden (siehe auch Kap. 38 und 39). Das Spektrum
zeigt jedoch auch andere Variationen. Eine
Periode von 4 –5 Tagen (105 Stunden) deutet auf
eine planetare Welle hin, während Perioden von
9,4 h, aber auch 4,4 h und 4,1 h Signaturen von
log (Leistung)
3
2
1
5d2d 24h 12h 8h 6h
220
210
200
190
180
170
160
150
Periode
0
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
Frequenz [1/h]
Abb. 15.2: Das Leistungsspektrum der Temperaturvariationen
in 89 km Höhe. Die graue
Linie bezeichnet das Rauschniveau.
Schwerewellen sind und zum Teil auf nichtlineare Wechselwirkungen zwischen Wellen hinweisen.
Eine gute Korrelation besteht zu den Windmessungen des MF-Radars in Juliusruh (Kap. 25).
Die Gezeiten bestimmen aufgrund ihrer Periodizität die systematische Abhängigkeit der
Temperatur von der Tageszeit. Zu ihrer genaueren Untersuchung wurden die Messwerte entsprechend
ihrer Lokalzeit gemittelt und in Abb. 15.3 links dargestellt. Sie zeigt deutlich den
58
Temperatur [K]