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

Um entscheiden zu können, ob langfristige Trends im nNO und/oder αeff existieren, wurden
Trendanalysen mit unterschiedlichen ionosphärischen Absorptionsdaten im Langwellenbereich
durchgeführt. In Abb. 32.2 sind langfristige Variationen der Absorption nach Eliminierung des
solar und geomagnetisch bedingten Anteils für 3 unterschiedliche Frequenzen bei konstantem
solaren Zenitwinkel χ aufgetragen. Danach ist der Trend auf der niedrigsten Frequenz negativ,
wird mit steigender Frequenz und damit wachsender Reflexionshöhe weniger negativ und sogar
positiv. Dieses Verhalten kann durch Trendanalysen auf derselben Frequenz, aber unterschiedlichem
solaren Zenitwinkel bestätigt werden. Bei Absorptionsdaten im Kurzwellenbereich sind
die Trends durchweg positiv.
Wie können die unterschiedlichen
Trends in der ionosphärischen Absorption
interpretiert werden? Als mögliche
Kandidaten stehen wie bei den
Trends der LW Reflexionshöhen zur
Verfügung: Temperatur- bzw. Drucktrends
sowie Trends in nNO und αeff .
In Abb. 32.3 ist ein Modell für die Elektronendichte
dargestellt. Dabei soll
Ne(B) das Modell zu Beginn des Messintervalls
(schwarze Kurve) darstellen,
während Ne(∆T) ein Modell am Ende
der Messung darstellen soll, das nur
durch ein gleichmäßiges Absinken der
Atmosphäre infolge Abkühlung (blaue
Kurve) entstanden ist. Ein solches Absinken
wurde nicht nur in den oben genannten
LW Reflexionshöhen beobachtet
sondern auch in anderen Messungen
wie z.B. in der Höhe der ionosphärischen
E-Schicht. Da ein solches Absinken
der Ionosphäre direkt verbunden
ist mit einem Absinken der neutralen
Atmosphäre, sollten keine Trends in
Abb. 32.3: Modell eines Elektronendichteprofils der unteren
Ionosphäre und seine Beeinflussung durch Änderungen
der Temperatur, der Dichte von NO und des effektiven Rekombinationskoeffizienten.
den Absorptionsmessungen beobachtet werden, da das Integral über das Produkt von Elektronendichte
und Stoßfrequenz (proportional dem Druck), das maßgeblich die ionosphärische
Absorption beschreibt, von einer Absenkung nicht beeinflusst würde. Die Berücksichtigung von
Trends in nNO und αeff wie sie aus Modellrechnungen prognostiziert werden (Abnahme von nNO
und Zunahme von αeff ) führen im wesentlichen zwischen 75 und 85 km Höhe zu einer Verringerung
der Elektronendichte. Im Bereich oberhalb 90 km bis zum Maximum der E-Schicht sollte
allerdings die Elektronendichte ansteigen infolge einer aus Raketenmessungen bekannten Abnahme
des effektiven Rekombinationskoeffizienten. Für das Maximum der E-Schicht bestätigen
Analysen von Ionosondendaten (foE Werte) eine Zunahme der Elektronendichte. Das resultierende
Profil (rote Kurve) kann die Absorptionstrends qualitativ erklären, wenn man das rote
mit dem blauen Elektronendichteprofil vergleicht (bzgl. der Absorption entspricht die mit dem
blauen Profil berechnete Absorption der mit dem schwarzen Ausgangsprofil bestimmten). Bei
den Absorptionsstrecken mit den niedrigen Reflexionshöhen verursacht der verbesserte Gradient
der Elektronendichte im Reflexionsgebiet und die verringerte Stoßfrequenz infolge reduzierten
Drucks einen negativen Trend. Bei den höheren Frequenzen hingegen bewirken zunehmende
Elektronendichte und Stoßfrequenz positive Absorptionstrends. Die unterschiedlichen Trends
im Bereich der Mesosphäre/unteren Thermosphäre können deshalb nur dann widerspruchsfrei
erklärt werden, wenn außer Temperatur- und Drucktrends auch Trends in nNO und/oder αeff
berücksichtigt werden.
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