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

Abb. 28.3: Ergebnisse der Simulation
mit einem mikrophysikalischen Modell
bei Schwerewelleneinfluss (Schwarz:
Temperaturvariationen). Unten:
Höhenprofil der Eisteilchendichte (rot)
und mittlerer Radius der Eisteilchen
(blau). Oben: Proxy-PMSE-Höhenprofil
(rot) und Rückstreuverhältnis eines
Lidars bei 532 nm (blau).
Eine Erklärung zur Bildung dieser Mehrfachschichten
kann auf der Basis eines am IAP entwickelten, einfachen
Proxys zur Abschätzung der Radarreflektivität mit
mikrophysikalischen Parametern gegeben werden. Nach
diesem Proxy ist das PMSE-Signal proportional zum
Produkt der Eisteilchen-Ladungsdichte mit dem Radienquadrat
der Eisteilchen. Mit diesem Ansatz können sowohl
PMSE-Strukturen als auch die als NLC sichtbaren
großen Eisteilchen mit einem mikrophysikalischen Modell
zur Eisteilchenbildung und einem Modell zur Aufladung
dieser Teilchen reproduziert werden. Auch selbst unter
ungestörten thermischen Bedingungen zeigt sich in der
Höhenverteilung der Radarreflektivität die Existenz eines
dominanten Maximums in einer Höhe von 83 km,
das durch das Auftreten großer Eisteilchen bestimmt ist,
und eines schwächeren Maximums in einer Höhe von ca.
88 km, das aus der erhöhten Eisteilchen-Ladungsdichte
folgt.
Zur Untersuchung des Einflusses inertialer Schwerewellen
auf die Schichtenbildung wurde die Simulation mit
einer zusätzlichen Störung der Temperatur und des Vertikalwindes
durch eine langperiodische Schwerewelle mit einer
horizontalen bzw. vertikalen Wellenlänge von 595 km
bzw. 6 km, und einer Periode von 470 min durchgeführt.
Das in Abbildung 28.3 dargestellte Ergebnis zeigt, dass
die durch die Schwerewelle induzierte Temperaturvariation
einen großen Einfluss auf das durch den Proxy-
Ansatz bestimmte Höhenprofil der PMSE-Struktur hat.
Im gezeigten Beispiel kommt es zum Auftreten von drei ausgeprägten Schichten in 83, 87, und
in 90 km Höhe.
80
60
40
20
0
�
10-Jun-01 30-Jun-01
�
�
20-Jul-01
100
80
60
40
20
0
�
Eine erste experimentelle Bestätigung
dieses theoretischen Ansatzes wurde im
Rahmen einer Fallstudie mit den Wind-
Daten des ALWIN-VHF-Radars für die
Zeit der in der Abbildung 28.1 dargestellten
PMSE-Doppelstruktur durchgeführt.
Mit einer Wavelet- und Hodographanalyse
wurde die Existenz einer dominierenden
langperiodischen Schwerewelle nachgewiesen.
Zur klimatologischen Untersuchung
des Zusammenhanges zwischen dem Auf-
� �
treten der Mehrfachschichten und langpe- Abb. 28.4: Unten: Prozentuale tägliche Rate des Aufriodischen
Schwerewellen wurden die Vatretens mehrfacher PMSE-Schichten bei PMSE mit SNR
rianzen der Winde aus den MF-Radar- > 5 dB; Oben: Varianz der meridionalen Winde für Peri-
Messungen in Andenes des Sommers 2001
für verschiedene Periodenbereiche von 2 –
oden zwischen 5 – 7 h, abgeleitet aus Messungen mit dem
MF Radar Andenes in 86 km.
4 h bis zu 12 – 14 h untersucht. Dabei zeigte sich die stärkste Korrelation zwischen der tägliche
Rate des Auftretens mehrfacher PMSE-Schichten mit der Varianz der Winde für Perioden zwischen
5 – 7 h. Der Korrelationskoeffizient für den in Abbildung 28.4 dargestellten Zusammenhang
beträgt 0,43 und ist bei den dazu genutzten 61 Tagen signifikant mit mehr als 99%.
Varianz v' [m/s]**2
87
Häufigkeitsrate [%]
mehrfacher
PMSE Schichten