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

Abb. 30.2: Profile der beobachteten spektralen Breite σ 2 obs ,
des Korrekturterms σ 2 corr und des turbulenten Anteils σ2 turb
bestimmt nach der traditionellen Methode (oben) und der
2BW-Methode (unten)
Das neue Saura-MF-Radar (Kapitel
24) ist auf Grund seiner flexiblen
Antennensteuerung in der Lage, Experimente
mit Radarstrahlen unterschiedlicher
Breite durchzuführen. In
Abbildung 30.1 sind die Strahlungsdiagramme
eines 6,4 ◦ und 13,8 ◦ breiten
Antennenstrahls dargestellt. Erste
Experimente wurden im April 2003
durchgeführt. Im oberen Teil der Abbildung
30.2 sind die Ergebnisse der
traditionellen Methode dargestellt. Das
nach der 2BW-Methode bestimmte
mittlere Profil des turbulenten Anteils
(Abbildung 30.2, unten rechts)
σ2 turb
zeigt Geschwindigkeitsvarianzen zwischen
5 und etwa 15 m2 s−2 unterhalb
78 km. Mit einem aus Raketenmessungen
bestimmten mittleren
Temperaturprofil können die turbulenten
Geschwindigkeitsvariationen direkt
in turbulente kinetische Energiedissipationsraten
konvertiert werden.
Die so abgeschätzten Werte zwischen
10 und 60 mW kg−1 stehen unterhalb
von 78 km in guter Übereinstimmung
mit Raketenbeobachtungen
während der Frühjahrsumstellung
2001. Auf Grund der zum Zeitpunkt
des Experiments vorherrschenden geringen
Windgeschwindigkeiten von we-
niger als 10 m s−1 sind die Korrekturterme bei beiden Verfahren sehr klein.
Unter Einbeziehung des Antennendiagramms und
des gemessenen Horizontalwindes ist eine exakte Bestimmung
des Korrekturfaktors σ
Abb. 30.3: Mittlere Energiedissipationsraten
nach Messungen des Saura-MF-
Radar (blau: Medianwert und Quartile)
und nach Raketenmessungen (schwarz).
2 corr möglich. Dieser
sehr rechenintensive Algorithmus wurde auf das Strahlungsdiagramm
der Antenne des Saura-MF-Radars
adaptiert und im September 2003 in Saura implementiert.
Unter ungestörten Messbedingungen ist es
nun möglich, Energiedissipationsraten aus turbulenten
spektralen Breiten kontinuierlich zu bestimmen.
Abbbildung 30.3 zeigt für Oktober ein mittleres Profil
der nach dieser Methode bestimmten turbulenten
kinetischen Energiedissipationsrate im Vergleich mit
Raktenmessungen in Andenes.
Ein umfassender Vergleich der beschriebenen
Näherungsverfahren zur Bestimmung des durch den
Hintergrundwind und Windscherung bedingten nichtturbulenten
Anteils der beobachteten spektralen Breite
mit der exakten Korrektur wird zur Zeit für Starkund
Schwachwindbedingungen durchgeführt. Gleichzeitige Messungen des vertikalen Flusses vom
horizontalen Impuls werden eine Abschätzung des Einflusses von Wellenstörungen ermöglichen.
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