Zugl.: Kaiserslautern, Techn. Univ., Diss., 2007 / Hergestellt on demand

Langzeitmessungen des Windfeldes in der Mesopausenregion (~ 92km) an verschiedenen Stationen in den mittleren Breiten der Nordhemisphäre zeigen systematische zonale Variationen beim (zeitlich) gemittelten Zonal- und Meridionalwind und bei den Amplituden und Phasen der halbtägigen Gezeiten. Als eines der herausragenden Muster, die zonale Variationen in der unteren mittleren Atmosphäre anregen, wird der Einfluß der Geopotentialstörungen zur zonalen Wellenzahl 1 und 2, die mit dem winterlichen stratosphärischen Polarwirbel verbunden sind, auf das Windfeld in der oberen Mesosphäre / unteren Thermosphäre numerisch mit dem COMMA-Modell der mittleren Atmosphäre untersucht. Die Modellergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung der zonalen Variationen des mittleren Zonalwindes, die im Breitenbereich 52ÆN bis 56ÆN beobachtet werden und in der Größenordnung von 10 - 20 m/s liegen. Auch die halbtägigen Gezeitenamplituden und -phasen zeigen qualitative und quantitative Übereinstimmungen zwischen Beobachtungen und Modellergebnissen. / Long-term time series of wind field observations in the upper mesosphere / lower thermosphere region at different locations in the midlatitude region indicate longitudinal variability in the (time-) mean zonal and meridional wind and in the amplitudes and phases of the semidiurnal tide, too. Being one of the prominent patterns forcing zonal inhomogenities in the lower middle atmosphere, the influence of the zonal wavenumber 1 and wavenumber 2 disturbances connected with the winter Northern Hemisphere stratospheric polar vortex on the mesosphere- / lower thermosphere wind field is numerically investigated with the COMMA model. The model results show that the zonal variations through the stationary waves coincide with typical observed mean zonal wind differences between different stations along the midlatitude belt between 52ÆN and 56ÆN with values about 10- 20 m/s. Also, the amplitude and phase variations of the semidiurnal tide show qualitative and quantitative agreements between model results and observations.

Die Methoden zur Beobachtung des atmosphärischenWindfeldes und der Temperatur im Mesopausenbereich mit Meteorradaren sind gut bekannt. Im Gegensatz dazu gibt es nur wenige Informationen über die Eigenschaften der Meteore (Größe, Dichte und Masse), die durch ein Meteorradar detektiert werden können. Im Folgenden sollen die physikalischen Prozesse, die beim Eintritt eines Meteoroiden in die Atmosphäre von Bedeutung sind, genauer betrachtet werden. In Baggaley (2002) und Stober et al. (2007) wurde eine theoretische Beschreibung des vom Radar empfangenen Signals gegeben. Die Modelle, die in Hunt et al. (2003) vorgestellt wurden, wurden im Hinblick auf die besondere Geometrie des am Collm (51.30N,130E) befindlichen Meteorradars untersucht und mit Messungen des Systems in Bezug gesetzt. Damit überhaupt ein Vergleich durchgef¨uhrt werden kann ist es notwendig das Radar zu kalibrieren, d.h. die an den Antennen empfangenen Signale müssen in eine vom Meteorschweif reflektierte Leistung umgewandelt werden. Dazu werden die Ergebnisse, die in Campistron (2001) vorgestellt wurden, auf das SKiYMET Radar am Collm angewendet. Aus den kalibrierten Daten und unter Verwendung einer empirischen Klimatologie ist es m¨oglich die Masse der Meteore abzuschätzen. / The methods to observe the atmospheric wind field and the temperature in the mesopause region using meteor radars are well known. In contrast, there are only a some information about the properties of the meteors (size, density and mass), which can be detected by a meteor radar. In the following the physical processes, which are of importance for a meteoroid entering the earth’s atmosphere, are considered. In Baggaley (2001) and Stober et al. (2007) a theoretical description of the signal received by the radar was given. The models evaluated in Hunt et al. (2003), will be discussed considering the specular geometry of the Collm meteor radar (51.30N,130E) and compared to the measurements. This comparison is only possible with a calibrated radar, which means that the received arbitrary amplitudes are converted into the reflected power from the meteor trail. Therefore, the results shown in Campistron et al. (2001) will be applied for the Collm SKiYMET radar. With the calibrated data and the assignment of an empirical climatology it is possible to give an estimate of the meteor mass.

A description and some results of the calculated aeolian sand transport including the turbulence intensity and the autocorrelation of the wind field in the transport equation’s are presented in this study. The simulated transport related to Sørensen (2004) transport equation varies by more than 100% for one and the same friction velocity and one and the same sand type near the thresholds by variation of turbulence intensity and/or the autocorrelation of the wind. Published results of sand transport measurements are imperfect and not comparable without information about the characteristics of the turbulent wind. An indication of friction velocity, threshold friction velocity and measured transport must be supplement by the specification of the turbulence intensity and the autocorrelation of the wind velocity.

Langzeitmessungen des Windfeldes in der Mesopausenregion (~ 92km) an verschiedenen Stationen in den mittleren Breiten der Nordhemisphäre zeigen systematische zonale Variationen beim (zeitlich) gemittelten Zonal- und Meridionalwind und bei den Amplituden und Phasen der halbtägigen Gezeiten. Als eines der herausragenden Muster, die zonale Variationen in der unteren mittleren Atmosphäre anregen, wird der Einfluß der Geopotentialstörungen zur zonalen Wellenzahl 1 und 2, die mit dem winterlichen stratosphärischen Polarwirbel verbunden sind, auf das Windfeld in der oberen Mesosphäre / unteren Thermosphäre numerisch mit dem COMMA-Modell der mittleren Atmosphäre untersucht. Die Modellergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung der zonalen Variationen des mittleren Zonalwindes, die im Breitenbereich 52ÆN bis 56ÆN beobachtet werden und in der Größenordnung von 10 - 20 m/s liegen. Auch die halbtägigen Gezeitenamplituden und -phasen zeigen qualitative und quantitative Übereinstimmungen zwischen Beobachtungen und Modellergebnissen. / Long-term time series of wind field observations in the upper mesosphere / lower thermosphere region at different locations in the midlatitude region indicate longitudinal variability in the (time-) mean zonal and meridional wind and in the amplitudes and phases of the semidiurnal tide, too. Being one of the prominent patterns forcing zonal inhomogenities in the lower middle atmosphere, the influence of the zonal wavenumber 1 and wavenumber 2 disturbances connected with the winter Northern Hemisphere stratospheric polar vortex on the mesosphere- / lower thermosphere wind field is numerically investigated with the COMMA model. The model results show that the zonal variations through the stationary waves coincide with typical observed mean zonal wind differences between different stations along the midlatitude belt between 52ÆN and 56ÆN with values about 10- 20 m/s. Also, the amplitude and phase variations of the semidiurnal tide show qualitative and quantitative agreements between model results and observations.