Beobachtung stratosphärischer und mesosphärischer Winde mit einem inkohärenten Doppler-Wind-Lidar: Windmessungen in der arktischen mittleren Atmosphäre

• Applicant: Dr. Gerd Baumgarten
• Subject Area: Atmospheric Science
• Term: from 2005 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 13778715

• Final Report Year: 2013

Final Report Abstract

Der Wind in der Strato- und Mesosphäre ist maßgeblich verantwortlich für die Ausbreitungsbedingungen von Schwerewellen die wiederum die thermische und dynamische Struktur der darüberliegenden Luftschichten wesentlich beeinflussen. Zum Start des Projekts existierte keine Fernerkundungmethode, die es erlaubt, den Wind in der Strato- und Mesosphäre regelmäßig zu untersuchen. Anhand von Dopplermessungen mit einem Laser-Radar (Lidar) ist eine Windmessung in dem Höhenbereich theoretisch möglich, jedoch fehlte eine technische Umsetzung, die im regelmäßigen Einsatz verwendet werden kann. Im Rahmen des Projeks a wurde ein bodengebundenes Rayleigh-Lidar zur regelmäßigen Vermessung der Windgeschwindigkeiten im Höhenbereich von 30 km bis 80 km entwickelt. Dabei wird die zonale und meridionale Komponente des Horizontalwindes simultan gemessen. Gemeinsam mit Temperaturmessungen durch das Lidar ist es erstmalig möglich, die thermische und dynamische Struktur in diesem Höhenbereich mit einem einzigen Fernerkundungsinstrument vom Boden aus zu bestimmen. Innerhalb des Projekts wurden experimentelle Voraussetzungen geschaffen, um ab Januar 2009 regelmäßig Messungen mit dem ALOMAR RMR-Lidar in Nordnorwegen (69° N, 16° E) durchzuführen. Im Zeitraum Januar 2009 bis Oktober 2012 wurden ca. 2900 Stunden Messungen mit DoRIS durchgeführt. Es wurde eine Methode entwickelt, um absolute Winde ohne Kalibration auf eine externe Referenz zu berechnen. Im Laufe des Projekts wurden verschiedene andere Instrumente zur Überprüfung der Ergebnisse verwendet. Durch die Kombination von Natrium-Resonanz-Lidar (Na-Lidar) und RMR-Lidar ist es gelungen, die DoRIS-Messungen in ca. 80 km Höhe zu bestätigen.

Publications

• (2008). "A middle atmosphere lidar for multi-parameter measurements at a remote site“. 24th International Laser Radar Conference, S. 824–827
  Fiedler, J., G. Baumgarten und G. von Cossart
  
• (2009). "Windmeasurements with the ALOMAR RMR-lidar“. 19th ESA Symposium on European Rocket and Balloon Programmes and Related Research, Bad Reichenhall, Deutschland
  Hildebrand, J., G. Baumgarten, J. Fiedler und F.-J. Lübken
  
• (2010). "Temperature and wind observations in the strato- and mesosphere during SSWs 2009/2010 at high and mid latitudes“. CEDAR Workshop, Boulder, USA
  Baumgarten, G., J. Fiedler, J. Hildebrand und P. Hoffmann
  
• (2010). "Doppler Rayleigh/Mie/Raman lidar for wind and temperature measurements in the middle atmosphere up to 80 km“. Atmos. Meas. Tech. 3, S. 1509– 1518
  Baumgarten, G.
  
• (2010). "Wind measurements with the ALOMAR RMR lidar.” 39th COSPAR Conference, Bremen, Deutschland
  Hildebrand, J., G. Baumgarten, J. Fiedler, P. Hoffmann, B. Kaifler, F.-J. Lübken, G. von Cossart und B. Williams
  
• (2010). Doppler Rayleigh lidar for wind and temperature measurements in the middle atmosphere up to 80 km. CEDAR workshop, Boulder, USA
  Baumgarten, G., J. Fiedler, J. Hildebrand und P. Hoffmann
  
• (2011). "Simultaneous wind measurements with the RMR lidar and the sodium lidar at ALOMAR“. 20th ESA Symposium on European Rocket and e Balloon Programmes and Related Research, Hy`res, Frankreich
  Hildebrand, J., G. Baumgarten, J. Fiedler, U.-P. Hoppe, B. Kaifler, F.-J. Lübken, G. von Cossart und B. Williams
  
• (2011). "Wind measurements by Doppler lidar at ALOMAR“. 38th Annual Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods, Siuntio, Finnland
  Hildebrand, J., G. Baumgarten, J. Fiedler, F.-J. L¨bken und G. von Cossart
  
• (2011). Gravity Wave Observations in the Strato- and Mesosphere by Lidar at 54° N and 69° N. AGU Chapman Conference on Gravity Waves, Honululu, USA
  Baumgarten, G., J. Fiedler, M. Gerding, J. Hildebrand, J. Höffner und F.-J. Lübken
  
• (2011). Middle atmosphere Doppler and aerosol lidar observations on scales down to seconds. AGU Fall Meeting (A43A-0133), San Francisco, USA
  Baumgarten, G., A. Chandran, J. Fiedler, J. Hildebrand, P. Hoffmann, N. Kaifler, F.-J. Lübken, C. E. Randall und J. D. Lumpe
  
• (2012). "Combined wind measurements by two different lidar instruments in the Arctic middle atmosphere“. Atmos. Meas. Tech. 5, S. 2433–2445
  Hildebrand, J., G. Baumgarten, J. Fiedler, U.-P. Hoppe, B. Kaifler, F.-J. Lübken und B. P. Williams
  
• (2012). "Simultaneous wind and temperature measurements in the middle atmosphere with a twin Doppler lidar“. 39th COSPAR Conference, Mysore, India
  Baumgarten, G., J. Hildebrand, J. Fiedler und F.-J. L¨bken
  
• (2012). Simultaneous Wind and Temperature Measurements with a Twin Doppler Lidar in Northern Norway. EGU 2012 (EGU2012-4960), Wien, Österreich
  Hildebrand, J., G. Baumgarten, J. Fiedler und F.-J. Lübken