Die Bedeutung der Dynamik der MLT in mittleren und hohen Breiten auf das ionosphärische/thermosphärische Wetter II (DYNAMITE2)

• Antragsteller: Professor Dr. Jorge Chau, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273502374

Die Ionosphäre/Thermosphäre (I/T) wird überwiegend von oben durch die solare Einstrahlung und die Magnetosphäre beeinflusst, aber auch von unten durch die unteren/mittlere Atmosphäre. Die Mesosphäre und untere Thermosphäre (MLT) verändern diesen Antrieb von unten aufgrund der Wechselwirkung verschiedener Wellenprozesse und ihrer Kopplung mit der I/T, zum einen direkt durch die Ausbreitung der Wellen und zum anderen indirekt über den E-Schicht-Dynamo. Mittlere und hohe Breiten sind dabei von besonderem Interesse: (1) In diesen Breiten werden von Satelliten die größten Schwerewellenquellen beobachtet. (2) Die mittleren/hohen Breiten beeinflussen während plötzlicher Stratosphärenerwärmungen (SSW) direkt die Elektrodynamik der niedrigen Breiten, wie aktuelle Messungen mit globalen gekoppelten Atmosphäre-Ionosphäre-Modellen zeigen. Aus den Arbeiten während der ersten Förderungsphase sind bisher neun Veröffentlichungen in begutachteten Zeitschriften eingereicht worden. In der zweiten Phase sollen auch weiterhin die einzigartigen Radar- und Lidarmessungen in hohen und mittleren Breiten genutzt werden, um Grundstrom, Wellen und ihre Wechselwirkung in der Stratosphäre und MLT zu charakterisieren. Wir werden zusätzlich Radardaten von anderen Stationen in hohen und mittleren Breiten der Nord- und Südhemisphäre nutzen sowie eigene Lidarmessungen von Wind- und Temperaturprofilen in Nordnorwegen. Diese Datensätze werden durch Satellitendaten und Reanalysen ergänzt. Im Detail wird zum einen die direkte Kopplung der Schichten anhand der Korrelation der saisonalen und jährlichen Variation der Gezeiten- und Schwerewellenaktitvität in Stratosphäre/MLT und der I/T untersucht. Dazu werden zusätzlich Daten von Swarm, COSMIC und anderen Satelliten ausgewertet. Der zeitliche Fokus liegt dabei auf dem Herbstübergang in der Nordhemisphäre. Darüber hinaus sollen verschiedene gekoppelte Simulationen der Atmosphäre/Ionosphäre durchgeführt werden. Einen Schwerpunkt der Simulationen bildet der E-Schicht-Dynamo einschließlich der lunaren Gezeit während und außerhalb von Polar-Night-Jet-Oszillationen (PJO). Vorläufige Untersuchungen weisen darauf hin, dass abhängig vom PJO-Typ nicht nur die Stratosphäre, sondern auch die MLT für einige Wochen nach Beginn der PJO beeinflusst wird. Das Auftreten von PJOs korreliert wiederum sehr stark mit dem Auftreten starker SSW. Wir werden diesen Zusammenhang und den Einfluss auf die I/T mit Hilfe von bodengebundenen und satellitengestützten Daten untersuchen. Zusammenfassend sollen u.a. die folgenden Fragen beantwortet werden: a) Wie beeinflusst die beobachtete kurzfristige Variation der Wellen und Hintergrundbedingungen in der MLT das Wetter in der I/T? Welchen Einfluss hat die saisonale Variation insbesondere im Herbstübergang? b) Wie sind die Hintergrundbedingungen, Gezeiten und Schwerewellen in Abhängigkeit von der verschiedenen PJO-Zuständen charakterisiert und wie ist ihr Einfluss auf die I/T.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1788: Study of Earth system dynamics with a constellation of potential field missions
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Christoph Jacobi; Professor Dr. Franz-Josef Lübken; Dr. Hauke Schmidt