Cimatology of planetary waves seen in ionospheric F-region pertubations using TEC of GPS (CTW-TEC)

• Applicant: Professor Dr. Christoph Jacobi
• Subject Area: Atmospheric Science
• Term: from 2005 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5453162

• Final Report Year: 2008

Final Report Abstract

Hemisphärische Karten des Gesamtelektronengehalts der Ionosphäre (TEC) wurden verwendet, um die Signatur planetarer Wellen in der Ionosphäre nachzuweisen, und da-mit eine mögliche Kopplung zwischen der mittleren Atmosphäre und der Ionosphäre/Thermosphäre zu zeigen. Die Trennung der wandernden und stationären Wellen wurde mit Hilfe einer Wellenzahl-Frequenzanalyse bewerkstelligt. Es zeigte sich, dass die zonalen Mittel i.a. von der solaren Variabilität beeinflusst werden während wandernde wellenartige Störungen (sog. planetary wave-type oscillations, PWTO) charakteristische Merkmale planetarer Wellen in der Neutralatmosphäre haben. Koordinierte statistische Untersuchungen der Stratosphäre und Ionosphäre zeigen eine zum Teil frappierende Übereinstimmung zwischen dem Auftreten planetarer Wellen in der Stratosphäre und PWTO der gleichen Frequenz und Wellenzahl in der Ionosphäre. Diese Übereinstimmung zeigt sich auch in kurzzeitigen Schwankungen der Amplitude, was eine zufällige Übereinstimmung unwahrscheinlich macht und damit eine Kopplung zwischen den Schichten der Atmosphäre zeigt. Zur theoretischen Untersuchung der Wellenausbreitung und möglicher Kopplungsprozesse wurde ein in Leipzig betriebenes Zirkulationsmodell so modifiziert, dass es den Höhenbereich bis etwa 400 km abdeckt. Experimente mit dem neu entwickelten Modell zeigen, dass sich langsame planetare Wellen (wie die in der Ionosphäre beobachteten 10- oder 16 Tage-Wellen) nicht in die Thermosphäre ausbreiten, und dies auch nicht über indirekte Prozesse erfolgt, soweit diese im Modell beschrieben sind. Dies betrifft u.a. die Modulation von Gezeiten. Da elektrodynamische Prozesse sowie die Ausbreitung von Schwerewellen in der Thermosphäre im Modell nur einfach beschrieben sind, ist in Zukunft eine detaillierte Untersuchung dieser möglichen Ausbreitungsmechanismen notwendig, um die beobachteten Variationen in der Ionosphäre zu erklären.

Publications

• Gravity wave climatology and trends in the mesosphere/lower thermosphere region deduced from low-frequency drift measurements 1984–2003 (52.1◦ N, 13.2◦ E). J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 68:1913–1923, 2006
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• Spectral analysis of planetary waves seen in the ionospheric total electron content (TEC): First results using GPS differential TEC and stratospheric reanalyses. J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 69:2442–2451, 2007
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• A possible planetary wave coupling between the stratosphere and ionosphere by gravity wave modulation. J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 75– 76:71–80, 2012
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  P. Hoffmann and C. Jacobi