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

Abb. 17.3: Höhenprofil der während
des ersten Fluges am 1. Juli 2003 gemessenen
Energiedissipationsraten (in
blau). Die gestrichelte Kurve zeigt eine
Abschätzung der minimal in der Atmosphäre
vorkommenden Energiedissipation
durch die Viskosität und die durchgezogene
Linie zeigt ein mittleres in
69 ◦ N bestimmtes Profil von Energiedissipationsraten.
Abbildung 17.3 fasst die Turbulenzmessungen während
des ersten Fluges am 1. Juli 2003 in Form eines
Höhenprofils der gemessenen Energiedissipationsraten
zusammen. Es fällt auf, daß nur in wenigen Höhen
turbulente Schichten gefunden wurden, die zudem oft
nur wenige 100 m vertikal ausgedehnt sind. Die gemessenen
Energiedissipationsraten liegen mit Werten zwischen
∼0,1 mW kg −1 unterhalb von 80 km Höhe und einigen
100 mW kg −1 im Bereich von 90 km Höhe relativ genau
in dem Wertebereich, der schon von früheren Messungen
in 69 ◦ N bekannt ist. Eine deutliche Breitenabhängigkeit
läßt sich aus diesen Messungen daher nicht unmittelbar
ableiten. Ein genauerer Vergleich mit den Messungen in
69 ◦ N wird allerdings erst nach Abschluß der Auswertung
der Daten der beiden anderen Flüge möglich sein.
Während des ersten ROMA Fluges wurden mit Hilfe
des CONE Sensors zusätzlich zu den erwarteten turbulenten
Fluktuationen im Höhenbereich unterhalb von
∼90 km Höhe sehr starke Fluktuationen im Neutralgas
im Höhenbereich von 95-105 km Höhe gemessen. Diese
Fluktuationen haben einen völlig anderen Charakter als
die in Abbildung 17.2 dargestellten und zeigen zusätzlich
einen mit der Annahme von Neutralgasturbulenz nicht zu
vereinbarenden spektralen Verlauf. Abbildung 17.4 zeigt
ein Beispiel solcher Fluktuationen und des dazugehörenden Leistungsdichtespektrums aus einem
Höhenbereich von 104±0,5 km. Der direkte Vergleich
mit Abbildung 17.2 macht deutlich, daß die oberhalb
von 95 km Höhe gemessenen Fluktuationen sehr
viel hochfrequenter sind. Ferner zeigt das Leistungsdichtespektrum
bis zu Frequenzen von etwa 100 Hz
einen Abfall, der sich etwa wie f −2 verhält, um dann
bis zu einigen hundert Hz konstant zu bleiben, worauf
ein weiterer Abfall zum eigentlichen Rauschniveau
des Instrumentes erfolgt. Der physikalische Erzeugungsmechanismus
dieser Fluktuationen ist zum
jetzigen Zeitpunkt nicht bekannt. Es ist allerdings interessant
anzumerken, daß die Plasmamessungen, die
während des selben Fluges gemacht wurden, oberhalb
von 95 km Höhe eine starke Plasmainstabilität zeigen.
Solche Plasmainstabilitäten werden in diesem Höhenbereich
häufig beobachtet, allerdings ist noch niemals
beobachtet oder vorgeschlagen worden, daß die Dynamik
des Plasmas sich auf die Dynamik des Neutralgases
überträgt. Dies erscheint auch unwahrscheinlich,
da die Plasmadichte in diesen Höhen etwa 9 Größenordnungen
kleiner ist als die Neutralgasdichte. Trotzdem
belegen die hier gezeigten Messungen eindeutig
eine Struktur im Neutralgas, die bisher nicht beobach-
Abb. 17.4: Relative Fluktuationen der
Neutralgasdichte (oberes Bild) aus einem
Höhenbereich von 104±0,5 km und das dazugehörige
Leistungsdichtespektrum (unteres
Bild).
tet wurde. Ob diese in kausalem Zusammenhang zu den im gleichen Volumen vorkommenden
Plasmainstabilitäten steht, wird Gegenstand intensiver Untersuchungen der nächsten Monate
sein.
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