Bodengebundene Untersuchung von Schwerewellen auf Grundlage von Airglow- und Windmessungen mittels der Anwendung tomographischer Methoden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Michael Bittner; Privatdozentin Dr. Sabine Wüst
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540878795

Atmosphärische Wellen sind entscheidend für die energetische Kopplung zwischen verschiedenen Schichten in der Atmosphäre. In der Mesosphäre/unteren Thermosphäre (MLT) führt die Zirkulation aufgrund von Schwerewellen zu einer Abweichung der Sommermesopausentemperaturen von bis zu 100K vom strahlungsbedingten Gleichgewicht, was die polare Sommermesopause zur kältesten Region der Erde macht. Schwerewellen und ihre diversen Quellen in niedrigeren Höhen scheinen ein wesentlicher Antrieb für diese wellengetriebene residuelle Zirkulation zu sein. Planetare Wellen und Gezeiten sind ebenfalls wichtig für die vertikale Schwerewellen-Kopplung, da sie den Hintergrundwind räumlich und zeitlich variieren, was die vertikalen Ausbreitungsbedingungen der Schwerewellen aufgrund der Windfilterung verändert. Direkte numerische Simulationen deuten darauf hin, dass die horizontalen Wellenlängen zwischen 30km und 300km am stärksten zum Impulsbudget und zur Energiedeposition der aufbrechenden GWs beitragen. Darüber hinaus unterstreichen aktuelle Modellstudien die Bedeutung der sekundären Schwerewellen für den Impulshaushalt der MLT. In diesem Antrag, planen wir, vielfältige und einzigartige Beobachtungstechniken zu kombinieren, um ein hochauflösendes Schwerewellen-Observatorium für die Alpenregion einzurichten, um 1) die großräumige Temperatur- und Windstruktur mit Hilfe von hochmodernen Temperatur- (TEMPERA-C) und Windradiometern (WIRA-C) in der Stratosphäre und der unteren Mesosphäre zu charakterisieren, um eine mögliche "critical level" Filterung und die Erzeugung von sekundären Schwerewellen zu erkennen, und 2) hochauflösende tomographische Retrievals von OH-Airglow-FAIM-Kameras mit Hilfe multistatischer Beobachtungen durchzuführen, die kleinräumige Schwerewellen im horizontalen Wellenlängenbereich zwischen 1km bis 200km über der Alpenregion und mit einer zeitlichen Auflösung in der Größenordnung von wenigen Minuten auflösen. Diese Beobachtungen werden durch ein Schweizer Meteorradar und radiometrische Winde in der OH-Airglow-Schicht ergänzt, um intrinsische Schwerewellenparameter abzuleiten. Die vorgeschlagene Kombination verschiedener Fernerkundungstechniken ermöglicht einzigartige Beobachtungen von Schwerewellen in den wichtigsten Größenordnungen in der MLT. Die Wind- und Temperaturradiometer werden die vertikalen Ausbreitungsbedingungen in der Stratosphäre und unteren Mesosphäre charakterisieren und kontinuierliche Hintergrundinformationen für die vertikale Schwerewellenausbreitung liefern. Die tomographische FAIM-Airglow-Analyse wird die dreidimensionale Struktur der Schwerewellen innerhalb der Airglow-Schicht aufzeigen, was zusammen mit den Windinformationen aus dem Meteorradar und dem Radiometer neue Möglichkeiten eröffnet die intrinsischen GW-Parameter mit hoher Präzision abzuleiten und die Ergebnisse mit den Schwerewellenausbreitungsbeziehungen aus der linearen GW-Theorie zu verifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Gunter Stober