Windanalyse in der mittleren Atmosphäre mittels nächtlicher RMR-Lidar-Messungen in mittleren Breiten in Kühlungsborn (AMUN)

Description: Der horizontale Wind nimmt eine Schlüsselrolle in der Dynamik der Atmosphäre ein. Insbesondere beeinflusst er die Ausbreitung und Dissipation von Schwerewellen und thermischen Gezeiten in der mittleren Atmosphäre. Simultane Wind- und Temperaturmessungen bieten dabei die einzigartige Möglichkeit, sowohl kinetische als auch potentielle Energiedichten der Schwerewellen zu berechnen, aus denen wiederum intrinsische Wellenparameter ableitbar sind. Windmessungen in der mittleren Atmosphäre sind jedoch insbesondere im Höhenbereich zwischen 35 und 75 km sehr selten, da hier weder Radiosonden noch Radars Daten liefern und Wind-Radiometer bzw. Satelliten keine für die Untersuchung von Schwerewellen ausreichend große Genauigkeit und Auflösung haben. Deshalb wollen wir in Kühlungsborn/Deutschland (54° N, 12° O) ein neues Lidar aufbauen, mit dem bei gekippten Teleskopen der Horizontalwind aus der Dopplerverschiebung der Rayleigh-Rückstreuung bestimmt werden kann. Neben der Erstellung einer Wind-Klimatologie steht vor allem die Untersuchung der Ausbreitung von Trägheitsschwerewellen in der mittleren Atmosphäre im Vordergrund. Dazu werden wir u.a. horizontale und vertikale Impulsflüsse und die Höhe des Impulsübertrags an die Hintergrundatmosphäre bestimmen. Diese für die Energiebilanz der Atmosphäre wesentlichen Parameter liefern wichtige Vergleichsgrößen für Zirkulationsmodelle. Ferner werden wir intrinsische Welleneigenschaften aus Wind-Hodographen analysieren, die für andere bodengebundene Messsysteme in der Regel nicht zugänglich sind. Unter Einbeziehung des lokalen Hintergrundwindes sollen aufwärts und abwärts propagierende Schwerewellen eindeutig getrennt und quantifiziert werden. Die Analysen werden insgesamt unser Verständnis der vertikalen Kopplung und der zu Grunde liegenden Zirkulation in der mittleren Atmosphäre deutlich verbessern. Das neue Lidarsystem ergänzt ein in Nordnorwegen am ALOMAR-Observatorium (69° N, 16° O) vorhandenes Windlidar, welches ebenfalls vom IAP betrieben wird. In diesem Projekt wird die dabei erworbene Expertise genutzt, um die Entwicklungsrisiken für das neue Lidar zu minimieren und schwerpunktmäßig Windmessungen in der mittleren Atmosphäre durchzuführen und zu interpretieren.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Wellenenergie ? Norwegen ? Lidar ? Messeinrichtung ? Radar ? Satellitendaten ? Wind ? Radiometrie ? Satellit ? Temperaturmessung ? Topographie ? Globales Klimamodell ? Daten ? Energie ? Energiebilanz ? Zirkulationsmodell ? Deposition ? Mittlere Atmosphäre ? Benchmarking ? Atmosphäre ? Dissipation ? Gezeiten ? Gutachten ? Risiko ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2020-01-01 - 2025-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Analyzing the Motion of the Middle Atmosphere Using Nighttime RMR-lidar Observations at the Midlatitude Station Kühlungsborn (AMUN)
  Description: Horizontal wind plays a key role in the dynamics of the atmosphere in general, and specifically for the propagation and dissipation of gravity waves and thermal tides. Simultaneous observations of winds and temperatures offer the unique possibility to retrieve both gravity wave kinetic and potential energy densities, being related by intrinsic wave properties. However, direct wind observations in the middle atmosphere are sparse especially between about 30 and 75 km, because neither radiosondes nor radars cover this altitude range. Wind radiometers or satellites do not provide wind information with sufficient accuracy and resolution for gravity wave investigations. Thus, we propose to set up a new lidar at Kühlungsborn/Germany (54°N, 12°E) to measure the horizontal wind by detecting the Doppler shift of Rayleigh backscatter using tilted telescopes. Beside climatological wind measurements, especially the propagation of inertia gravity waves in the middle atmosphere will be evaluated. We will calculate horizontal and vertical momentum fluxes and identify the altitudes of their deposition. These are crucial parameters for the energy budget of the atmosphere, and our results will provide a benchmark for general circulation models. Based on the wind data we will analyze hodographs to get intrinsic wave properties otherwise hidden for ground-based observers. We will separate the waves by vertical propagation direction and quantify the fraction of upward and downward propagating gravity waves, which requires local wind data to identify the Doppler shift of the wave’s phases. These analyses will deepen our understanding of the vertical coupling and of the underlying circulation in the middle atmosphere. This new wind lidar at Kühlungsborn complements a similar system operated by IAP in Northern Norway (ALOMAR, 69°N, 16°E). We will make use of the expertise developed for the ALOMAR lidar to reduce the design risks for the new lidar, and to foster wind measurements in the middle atmosphere as well as geophysical interpretation of the observations. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118578

Status

Aktiv

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