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

die mittleren mit dem ALOMAR MF Radar gemessenen Meridionalwinde (Abb. 18.1c) einen
deutlich schwächeren Nordwind oberhalb von ∼78 km Höhe, während darunter eher stärkere
Nordwinde als in anderen Jahren beobachtet wurden.
Alle gemessenen Parameter deuten also auf einen besonderen mittleren Zustand der oberen
Mesosphäre hin. Zusätzlich zu den beschriebenen Messungen wurden im Rahmen der Kampagne
drei vertikal hochaufgelöste Profile von Dichtefluktuationen gemessen (Abb. 18.2). Diese Fluktuationen
sind ein konservativer und passiver Tracer für Neutralgasturbulenz, so dass die Spektralanalyse
der gemessenen Fluktuationen die Ableitung der turbulenten Energiedissipationsrate
erlaubt. Abbildung 18.2 zeigt, dass alle drei Messungen eine Reihe interessanter Merkmale aufweisen:
während aller drei Flüge wurden sehr breite turbulente Schichten detektiert, die fast den
gesamten Höhenbereich zwischen 70 und 90 km Höhe ausfüllen. Ferner fällt im Vergleich mit
einem mittleren Profil aus den Vorjahren auf, dass zum allerersten Mal Turbulenz unterhalb
von ∼82 km Höhe beobachtet wurde. Die ungewöhnliche mittlere thermische und dynamische
Struktur der Mesosphäre geht also offensichtlich mit einer ebenso ungewöhnlichen Morphologie
von Turbulenz einher. Daraus ergibt sich die Frage nach dem physikalischen Zusammenhang
zwischen Turbulenz, also der Dynamik der Atmosphäre auf den kleinsten räumlichen Skalen, mit
der globalen meridionalen Zirkulation der Atmosphäre, die den mittleren Zustand maßgeblich
bestimmt.
Abb. 18.3: Spektren beobachteter Wellenperioden
während der zweiten Raketensalve am 5. Juli 2002
bestimmt aus den Temperaturmessungen mit dem
ALOMAR RMR-Lidar.
Abb. 18.4: Mittlere relative Temperaturvarianzen
bestimmt aus je 12 Einzelprofilen gemessen mit
fallenden Kugeln während der MIDAS/MaCWAVE
Kampagne (in rot) bzw. während früherer Sommer
(in schwarz).
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Die Dynamik der Atmosphäre in der Mesopausenregion
wird auf allen räumlichen
Skalen wesentlich von der Dynamik von
Schwerewellen bestimmt. Während der gesamten
MIDAS/MaCWAVE Kampagne wurde
daher versucht, Charakteristika dieser
Wellen möglichst im gesamten Höhenbereich
vom Niveau ihrer Anregung (oft in der Troposphäre
bzw. in der unteren Stratosphäre)
bis zur Höhe ihrer Dissipation im Mesopausenbereich
zu verfolgen. Abbildung 18.3 zeigt
Spektren von Perioden von Schwerewellen im
Höhenbereich von 25 bis 50 km, die aus Temperaturmessungen
mit dem ALOMAR RMR
Lidar bestimmt wurden.
Zusätzlich zu den bodengebundenen Messungen
erlauben auch die in situ Messungen
mit fallenden Kugeln die Ableitung bestimmter
Schwerewellenparameter, z.B. der welleninduzierten
Temperaturvarianz. Entsprechende
Profile für die MIDAS/MaCWAVE
Kampagne bzw. frühere Jahre sind in Abbildung
18.4 dargestellt. Offensichtlich sind die
während der MIDAS/MaCWAVE Kampagne
gemessenen Varianzen oberhalb von ∼75 km
Höhe um einen Faktor 2-4 höher als in den
vorangegangenen Jahren. Die Schwerewellenamplituden
nehmen aus Gründen der Energieerhaltung
mit zunehmender Höhe solange
zu bis die Wellen instabil werden und brechen.
Da die Wellenamplituden während der
MIDAS/MaCWAVE-Kampagne größer waren
als in anderen Jahren, werden die Niveaus,
in denen die Wellen instabil werden und