Die kurzzeitige Variabilität der äquatorialen Ionosphäre und ihre Verbindung zu planetaren atmosphärischen Wellen

• Antragsteller: Dr. Yosuke Yamazaki
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416609110

Die Ionosphäre, also der ionisierte Teil der oberen Atmosphäre in ca. 100-600 km Höhe, ist signifikanten täglichen und stündlichen Änderungen unterworfen. Diese kurzzeitigen Änderungen, auch als Ionosphärenwetter bezeichnet, haben Auswirkungen auf moderne Radiokommunikations- und Navigationstechnologien. Ihr Verständnis gewinnt deshalb immer mehr an Bedeutung. Auf der Tagseite, bei der die Sonneneinstrahlung zu einer hohen ionosphärischen Leitfähigkeit führt, ist die weiträumige Ionisierung bei niedrigen und mittleren Breiten durch die äquatoriale Elektrodynamik kontrolliert. Somit ist es wichtig, die Quellen der Variabilität der äquatorialen elektrischen Felder und Ströme zu kennen. Im letzten Jahrzehnt haben beobachtungs- und modellbasierte Untersuchungen gezeigt, dass eine signifikante Variabilität von Wellen herrührt, die in niedrigeren Atmosphärenschichten angeregt werden. Jedoch ist noch nicht umfassend verstanden, welche atmosphärische Wellen dazu beitragen und wie signifikant sie sind. Unsere letzte Studie erbrachte den Nachweis, dass die Intensität des äquatorialen Elektrojet, ein ostwärts gerichteter, tagseitiger ionosphärischer Strom entlang dem magnetischen Äquator, direkt durch westwärts propagierende planetare Wellen, also Eigenschwingungen der Atmosphäre, moduliert wird. Unsere Studie beschränkte sich auf Periodendauern um die 6 Tage und auf einige wenige Ereignisse, die mit nur einem Satelliten detektiert wurden. Motiviert durch diesen ersten Erfolg planen wir jetzt eine ausgeweitete Studie, um den Beitrag der planetaren Wellen zur Veränderlichkeit der Elektrodynamik in der äquatorialen Ionosphäre zu quantifizieren. Dazu werden wir umfangreiche neue Beobachtungen des äquatorialen Elektrojets von einer Multi-Satelliten-Mission sowie von Bodenstationen mit Ergebnissen des hochmodernen, in Japan entwickelten, physikbasierten numerischen Atmosphärenmodels GAIA verbinden. Das deutsche Team wird seine Expertise in der Analyse von magnetischen Daten von Satelliten und Bodenstationen voll einbringen, während die japanischen Projektpartner Simulationen des GAIA-Models analysieren sowie numerische Kontrollexperimente durchführen werden. Die wissenschaftlichen Fragestellungen des Projekts sind: Erstens, welche klimatologische Eigenschaften hat der Effekt der plantaren Wellen auf den äquatorialen Elektrojet auf saisonalen bis sonnenzyklischen Zeitskalen? Zweitens, welche Bedeutung haben die verschiedenen, üblicherweise beobachteten planetaren Wellen mit Perioden von ca. 2, 6, 10 und 16 Tagen? Und schließlich, über welchen physikalischen Mechanismus modulieren die planetaren Wellen die äquatoriale Elektrondynamik? Unser Ziel ist es, neues, detailliertes und fundiertes Wissen über die Rolle von planetaren Wellen bei den vertikalen atmosphärischen Kopplungsprozessen zwischen der unteren Atmosphäre und der Ionosphäre zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan, USA
• Partnerorganisation: Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)
• Mitverantwortliche: Dr. Jürgen Matzka; Professorin Dr. Claudia Stolle
• Kooperationspartner: Patrick Alken; Shigeru Fujita; Hidekatsu Jin; Yasunobu Miyoshi; Akimasa Yoshikawa