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

28 Mehrfachschichten in PMSE
(P. Hoffmann, M. Rapp, A. Serafimovich, R. Latteck)
Polare mesosphärische Sommerechos (PMSE) werden vom IAP in Andenes (69,3 ◦ N; 16,0 ◦ E)
mit VHF-Radar-Beobachtungen seit 1994 intensiv untersucht. Ein besonderes Merkmal dieses
Phänomens, das an die Existenz extrem niedriger Temperaturen < 150 K gekoppelt ist, besteht
darin, dass diese unerwartet starken Radarechos oft in Form von zwei oder mehr ausgeprägten
Schichten auftreten. Diese Strukturen können über mehrere Stunden bestehen bleiben. Die Mechanismen
für ihre Bildung sind aber noch nicht richtig verstanden. Eine mögliche Erklärung
besteht im Einfluss langperiodischer Schwerewellen und soll hier diskutiert werden.
Typische PMSE mit einer Doppelschicht, wie
sie mit dem ALWIN-VHF-Radar (siehe auch
Kapitel 23) am 11. Juli 2001 gemessen wurde,
sind in Abbildung 28.1 dargestellt. Zur
Identifikation der Mehrfachschichten wurde
ein Verfahren zur Bestimmung der Schwerpunkthöhen
aus einzelnen vertikalen Profilen
angewandt. Dabei wurden nur die Höhenbereiche
gemeinsam berücksichtigt, in denen
die Echos ein Signal-Rausch-Abstand (SNR)
> 5 dB aufweisen. In Abbildung 28.1 wird
die auf diese Weise bestimmte untere Schicht
durch Quadrate gekennzeichnet, während die
Kreuze die obere Schicht beschreiben. Zur
Untersuchung der Häufigkeit des Auftretens
der Mehrfachschichten und ihrer Höhenverteilung
haben wir uns auf die Auswertung der
nahezu kontinuierlich vorliegenden PMSE-
Häufigkeit [%]
Anzahl
Höhe [km]
96
94
92
90
88
86
84
82
80
78
76
74
ALWIN-VHF Radar, 11 Juli 2001
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Zeit [UT]
Abb. 28.1: Höhen-Zeit-Schnitt des Signal-Rausch-
Verhältnisses (SNR) in dB, bestimmt aus der rückgestreuten
Echoleistung nach Messungen mit dem
ALWIN-VHF-Radar in Andenes am 11. Juli 2001.
Die Quadrate und Kreuze beschreiben erkannte Doppelstrukturen.
Messungen der Jahre 1996-1997 und 1999-2002 für die Monate Juni und Juli konzentriert. In
dieser Zeit werden PMSE mit der größten Häufigkeitsrate beobachtet.
In Abbildung 28.2 wird die
100
4000
78
(c)
80 82 84 86 88 90 92 94
Häufigkeit des Auftretens von
Mehrfachschichten, basierend
2000
auf allen Echos mit einem SNR
80
60
40
0
4000
2000
0
10000
(b)
(a)
größer als 5 dB, dargestellt.
Danach traten Einfachschichten
mit einer Rate von ca.
60%, Doppelschichten mit ca.
8000
31% und PMSE mit mehr als
20
6000
zwei Schichten in ca. 9% al-
0
0 1 2 3 4
4000
2000
ler Fälle auf. Die Höhenverteilung
der Mehrfachschichten
Anzahl der PMSE Schichten
0
78 80 82 84 86 88
Höhe [km]
90 92 94
wird als Histogramm im rechten
Teil der Abbildung 28.2
Abb. 28.2: Links: Häufigkeit des Auftretens von PMSE-
Mehrfachschichten für die Jahre 1996-1997 und 1999-2002, basierend
auf allen in den Monaten Juni und Juli ermittelten PMSE mit SNR
> 5 dB. Rechts: Höhenverteilung der PMSE-Schichten: (a,grün) unterste
Schicht, einschließlich aller Fälle mit nur einer Schicht; (b,blau)
alle Fälle mit nur einer Schicht; und (c,rot) zweite obere Schicht.
gezeigt, im unteren Teil (a)
für die unterste Schicht, einschließlich
aller Fälle mit nur
einer Schicht, im mittleren Teil
(b) sind alle Fälle mit nur einer
Schicht und im oberen Teil (c)
ist die Höhenverteilung der zweiten, oberen Schicht gezeigt. Die Schwerpunkthöhen der unteren
und zweiten Schicht differieren um ca. 2 – 3 km.
86
40
35
30
25
20
15
10
5
0