Untersuchung atmosphärischer Schwerewellen mittels durchgehender Temperaturprofile aus Lidarmessungen von 1 bis 100 km Höhe bei 54°N
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die im Rahmen diese Projektes durchgeführten Lidarmessungen am Standort Kühlungsborn (54° N, 12° O) ermöglichen erstmalig mit einem konsistenten Datensatz den Jahresgang der Temperaturen von der Troposphäre bis in die untere Thermosphäre zu studieren (1- 105 km). Zusätzlich ist es auch möglich, die welleninduzierten Temperaturvariationen mit einer Zeitauflösung von 15 min bis l h und einer Höhenauflösung von l km zu analysieren. Während des Projektes wurden einige technische Weiterentwicklungen vorgenommen, die sowohl die Bestimmung der Absoluttemperaturen als auch die Temperaturvariationen verbessern. Insgesamt wurde ein großer Datensatz mit mehr als 230 Messnächten (länger als 3 h pro Nacht) und 1700 Messstunden zusammengetragen, die bis auf einige wetterbedingte Messlücken im Winter das Jahr sehr gut abdecken. Bei der Analyse der Schwerewellenaktivität hat sich herausgestellt, dass vertikale Wellenlängen länger als 22 km einen wichtigen Teil zu den Wellenstrukturen beitragen. Dieser Teil des Wellenlängenspektrums ist nur aufgrund des großen Höhenbereichs der Lidar-Messungen analysierbar. Es kann sich hier sowohl um Schwerewellen als auch um Gezeiten handeln. Die Rolle der Gezeiten als "Ordnungsfaktor" wurde in der Mesopausenregion gezeigt. Gezeiten machen insgesamt 30-50 % der Temperatur Fluktuationen aus. Für weitergehende Analysen soll der Tageslichtfähigkeit des K-Lidars auch die des RMR-Lidars erreicht werden. Durch Unterdrückung des Gezeiteneinflusses in den hier beschriebenen Analysen der Messungen konnten jedoch wichtige Erkenntnisse zu den Charakteristiken der Schwerewellen-Amplituden gewonnen werden. Die vertikalen Wellenlängen zeigen keine Variationen über das Jahr. Im Gegensatz dazu zeigt die Amplitude der Temperaturfluktuationen eine eindeutige jährliche Variation mit Maximuni im Winter. Diese jährliche Variation ist bei etwa 60 km am stärksten (im Winter mehr zweimal größere Amplituden als im Sommer) und wird nach unten und oben kleiner. Dabei hat sich herausgestellt, dass neben der unterschiedlichen Windfilterung weitere Aspekte, wie Temperaturhintergrund, Dämpfung der Wellen und die Quelle eine wichtige Rolle spielen für die Ausprägung der jährliche Variation der Schwerewellenaktivität. Die Wichtigkeit der Hintergrundfelder (Wind und Temperatur) konnte mit Hilfe einer linearen Schwerewellensimulation durch viele Läufe mit unterschiedlichen atmosphärischen Hintergrundfeldern gezeigt werden. Es hat sich zudem herausgestellt, dass zwar nur wenige Moden die Wellenstrukturen dominieren, dass aber zur Generierung der beobachteten Strukturen in der Simulation mehrere hundert Wellen notwendig sind. Die klaren Wellenstrukturen sind also das Resultat der Überlagerung der durch die Hintergrundfelder selektierten Wellen. Die Wichtigkeit der Hintergrundfelder für das Winter-Sommer-Verhältnis der Temperaturfluktuationen und für die Ausbreitung der Wellen allgemein konnte mit der Simulation untermauert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Gerding, M., J. Höffner, M. Rauthe, und F.-J. Lübken (2006), Observations of noctilucent clouds and temperature structure from 1 - 105 km by co-located lidars at 54°N, in Proceedings of the SPIE symposium "Lidar Technologies, Techniques, and Measurements for Atmospheric Remote Sensing //", Bd. 6367, herausgegeben von U. Singh, SPIE, Bellingham, WA5 (Siehe online unter: doi:10.1117/12.689012)
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Gerding, M., M. Rauthe, und J. Höffher (2004), Temperature soundings from 1 to 105 km altitude by combination of co-located lidars, and its application for gravity wave examination, in Reviewed and revised papers presented at the 22nd International Laser Radar Conference, Bd. ESA SP-561, herausgegeben von G. Pappalardo und A. Amodeo, S. 567- 570, Nordwijk, The Netherlands.
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Rauthe, M., M. Gerding, J. Höffner, und F.-J. Lübken (2006), Lidar temperature measurements of gravity waves over Kühlungsborn (54° N) from 1 to 105 km: A winter-summer comparison, /. Geophys. Res., m(D24), D24108. (Siehe online unter: doi:10.1029/2006JD007354)
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Rauthe, M., M. Gerding, und U. Berger (2004), Lidarmessungen der Temperatur zwischen l und 105 km über Kühlungsborn zur Analyse von Schwerewellen, in Langfassungen der Beiträge zur Deutsch-Österreichisch-Schweizerische Meteorologen-Tagung, DACH, Meteorologen Tagung, nicht begutachtet.
