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

25 Radaranlagen am IAP in mittleren Breiten
(P. Hoffmann, D. Keuer, M. Zecha, W. Singer, R. Latteck, J. Mielich, J. Weiß, J. Trautner)
In mittleren Breiten setzt das Institut zu Untersuchungen der Struktur und Dynamik der Atmosphäre
im Bereich von der Mesosphäre bis zur unteren Thermosphäre (60 – 110 km) sowie von
der Troposphäre bis in die untere Stratosphäre (2 – 18 km) Radarsondierungen in unterschiedlichen
Frequenzbereichen ein. Es handelt sich dabei um das OSWIN-VHF-Radar in Kühlungsborn
sowie um ein MF-Radar und eine Ionosonde in Juliusruh. Diese Radargeräte werden sowohl zur
kontinuierlichen Untersuchung dynamischer Prozesse als auch im Rahmen koordinierter Mes-
skampagnen genutzt.
Abb. 25.1: Blick durch das Antennenfeld des
OSWIN-VHF-Radar auf den Messcontainer.
Nach einem einjährigen Betrieb des jetzt in Andenes
eingesetzten ALWIN-VHF-Radars (siehe Kapitel
23) auf dem Institutsgelände in Kühlungsborn
wurde im Sommer 1999 an gleicher Stelle das
OSWIN-VHF-Radar zur Untersuchung der Dynamik
und Struktur der Tropo-, Strato- und Mesosphäre
in Betrieb genommen. Das System arbeitet
auf einer Frequenz von 53, 5 MHz mit einer maximalen
Sendeleistung von 90 kW, die aus sechs
Sendemodulen gebildet wird. Zur Sondierung der
Atmosphäre können sowohl Einzelimpulse mit einer
Länge von 1 – 32 µs als auch kodierte Signale
genutzt werden. Die Sende-Empfangsantenne (siehe
Abbildung 25.1) besteht aus 144 Vier-Elemente-
Yagi-Antennen, die in quadratischen Subsystemen aus jeweils 4 Antennen in einer 6x6 Matrix
angeordnet sind. Neben der Sondierung der Atmosphäre in vertikaler Richtung ist es möglich,
die Antennenkeule mit einer 3 dB-Breite von 6 ◦ durch phasenverzögerte Einspeisung der Sendesignale
in die Antennenzeilen oder -spalten in die vier Himmelsrichtungen Nord, Süd, Ost und
West mit einer Zenitablage von 7 ◦ , 13 ◦ oder 20 ◦ zu schwenken. Die rückgestreuten Echos werden
mit sechs Empfängern aufgenommen. Die anschließende Analyse der Rohdaten kann in Echtzeit
auf einem in das System integrierten Verarbeitungs-PC oder auf jedem mit dem Internet
verbundenen Rechner durchgeführt werden. Höhenprofile des 3-D Windvektors und der Radarreflektivität
werden nach der Spaced-Antenna (SA) und Doppler-Beam-Swinging (DBS)-Methode
in einem kontinuierlichen und unbeaufsichtigten Betrieb bestimmt.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet besteht in der Untersuchung der in den Sommermonaten
im Höhenbereich zwischen 80 und 90 km auftretenden mesosphärischen Sommerechos (MSE).
Diese in mittleren Breiten noch nicht richtig verstandenen starken Radarechos treten mit einer
deutlich geringeren Häufigkeit als die in hohen geographischen Breiten beobachteten polaren
mesosphärische Sommerechos (PMSE) auf. Ergebnisse dazu werden u.a. in den Kapiteln 26, 27,
und 29 vorgestellt.
Eine weitere Anwendung besteht in der Untersuchung der Anregung und Ausbreitung von
Schwerewellen in der Tropo- /unteren Stratosphäre. Dazu sind VHF-Radarexperimente auf
Grund der hohen zeitlichen und vertikalen Auflösung ihrer Messdaten besonders geeignet. Diese
Untersuchungen (siehe Kapitel 34) werden u.a. im Rahmen des abteilungsübergreifenden Projektes
LEWIZ (siehe auch Kapitel 49 bzw. 50) durchgeführt.
Analog zu dem im Kapitel 23 beschriebenen SKiYMET-Radar wird weiterhin das OSWIN-
VHF-Radar mit einem räumlich abgesetzten Meteorantennenfeld, das über eine programmierbare
Relaisumschaltung mit einem Sendemodul und fünf Empfangskanälen verbunden werden
kann, zur Untersuchung der Ionisationsspuren einfallender Meteoroide eingesetzt. Aus der Echoamplitude,
der radialen Geschwindigkeit und der Lebensdauer dieser Echos kann z.B. das Windfeld
im Bereich zwischen etwa 80 – 110 km und die mittlere Temperatur bei 89 km Höhe abgeleitet
werden. Ergebnisse dazu werden in den Kapiteln 35, 36 und 37 gezeigt.
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