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

29 Einfluss von Wind und Wellen auf PMSE und MSE
(O. Zeller, J. Bremer, P. Hoffmann, R. Latteck)
Starke Radarechos in der sommerlichen Mesosphäre, die vor allem in polaren Breiten (PMSE)
und schwächer ausgeprägt in mittleren Breiten (MSE) auftreten, sind wesentlich auf Eisteilchen
angewiesen. Deren Auftreten hängt stark von der Temperatur ab. Nun wird erwartet, dass
bei einem Wind von Norden kältere Luft herangeführt wird und von Süden wärmere Luft. In
kälterer Luft wird die Bildung von Eisteilchen und somit (P)MSE begünstigt bzw. es werden
bereits bestehende (P)MSE verstärkt oder bei anhaltendem Nordwind auch (P)MSE von Norden
herangeführt. Umgekehrt begünstigt wärmere Luft die Auflösung bzw. Schwächung oder bei
anhaltendem Südwind den Abzug von (P)MSE.
Mit Hilfe einer Stichtaganalyse wird die obige
Annahme getestet (Abb. 29.1). Hier wurden
die meridionale Windkomponente v in
84 − 88 km (MF-Radar bzw. Meteor-Radar
Juliusruh) und die zugehörige MSE-Häufigkeit
(OSWIN-Radar in Kühlungsborn) für 26 jeweils
7-tägige Intervalle aus den Sommermonaten
der Jahre 1998 und 2000 – 2002 ausgewählt,
bei denen am Stichtag Null ∆v von Nord- nach
Südwind wechselt (Abb. 29.1 oben). ∆v ist dabei
die Abweichung vom mittleren Wind der
jeweiligen Intervalle. Auffallend ist das MSE-
Maximum am Stichtag Null. Der untere Teil
von Abb. 29.1 zeigt die Auswahl von v und
der zugehörigen MSE-Häufigkeit für 25 Intervalle
aus demselben Zeitbereich, bei denen allerdings
∆v am Stichtag Null von Süd- nach
Nordwind wechselt. Hier wird erwartungsgemäß
ein MSE-Minimum um den Stichtag Null beobachtet.
Im Falle periodischer Schwankungen von
Wind und (P)MSE mit der Periode T kommt es
also zu einer Phasenverschiebung T/4 zwischen
der (P)MSE-Häufigkeit und ∆v.
Der oben beschriebene Zusammenhang zwischen
der Schwankung des meridionalen Windes
v und der (P)MSE-Häufigkeit wird auch bei den
Abb. 29.1: Mittlere Variationen von MSE (rot)
und Wind nach Stichtaganalyse aus 26 (oben)
bzw. 25 (unten) Einzelintervallen, weitere Einzelheiten
siehe Text
atmosphärischen Gezeiten erwartet. Zur Untersuchung dieser Vermutung wurden Kreuzkorrelationen
zwischen den Stundenmittelwerten der PMSE-Stärke (SNR aus Messungen mit dem
ALWIN-Radar in Andenes) und den entsprechenden Winddaten (MF-Radar Andenes) für eine
Höhe von ca. 84 − 86 km aus dem Zeitraum vom 01.06. – 22.08.2002 durchgeführt. Abb. 29.2
zeigt das Ergebnis dieser Kreuzkorrelationen für zeitliche Verschiebungen zwischen -12 und +12
Stunden, der untere Teil unter Benutzung von v, der obere Teil dieser Abbildung unter Benutzung
der zonalen Windkomponente u. Dabei zeigt sich, dass bei einer zeitlichen Verschiebung
∆t von ca. 3 h die stärkste negative Korrelation zwischen PMSE(t) und v(t − ∆t) auftritt, was
bei einer dominierenden 12-stündigen Gezeitenkomponente einer Phasenverschiebung um T/4
entspricht. Zu erkennen ist die Dominanz der 12h-Gezeit aus der Periodizität der dargestellten
Korrelationswerte, aber auch aus dem zeitlichen Unterschied der Kreuzkorrelationen mit u und
v von etwa 3 h. Diese Phasendifferenz wird bei einer 12h-Gezeit mit zirkularer Polarisation
erwartet.
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