the thermal and dynamical state of the atmosphere during polar mesosphere winter echoes

الحالة الحرارية والديناميكية للغلاف الجوي أثناء أصداء الميزوسفير الشتوية القطبية

Clicks: 126
ID: 171002
2006
Free PDF
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Popular

Ranked #657 of 850 articles by views in Journal of agricultural and food chemistry

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 850 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
In January 2005, a total of 18 rockets were launched from the Andøya Rocket Range in Northern Norway (69° N) into strong VHF radar echoes called 'Polar Mesosphere Winter Echoes' (PMWE). The echoes were observed in the lower and middle mesosphere during large solar proton fluxes. In general, PMWE occur much more seldom compared to their summer counterparts PMSE (typical occurrence rates at 69° N are 1–3% vs. 80%, respectively). Our in-situ measurements by falling sphere, chaff, and instrumented payloads provide detailed information about the thermal and dynamical state of the atmosphere and therefore allow an unprecedented study of the background atmosphere during PMWE. There are a number of independent observations indicating that neutral air turbulence has caused PMWE. Ion density fluctuations show a turbulence spectrum within PMWE and no fluctuations outside. Temperature lapse rates close to the adiabatic gradient are observed in the vicinity of PMWE indicating persistent turbulent mixing. The spectral broadening of radar echoes is consistent with turbulent velocity fluctuations. Turbulence also explains the mean occurrence height of PMWE (~68–75 km): viscosity increases rapidly with altitude and destroys any small scale fluctuations in the upper mesosphere, whereas electron densities are usually too low in the lower mesosphere to cause significant backscatter. The seasonal variation of echoes in the lower mesosphere is in agreement with a turbulence climatology derived from earlier sounding rocket flights. We have performed model calculations to study the radar backscatter from plasma fluctuations caused by neutral air turbulence. We find that volume reflectivities observed during PMWE are in quantitative agreement with theory. Apart from turbulence the most crucial requirement for PMWE is a sufficiently large number of electrons, for example produced by solar proton events. We have studied the sensitivity of the radar echo strength on various parameters, most important electron number density and turbulence intensity. Our observational and theoretical considerations do not provide any evidence that charged aerosol particles are needed to explain PMWE, in contrast to the summer echoes which owe their existence to charged ice particles.
في يناير 2005، أُطلق ما مجموعه 18 صاروخًا من ميدان أندويا لإطلاق الصواريخ في شمال النرويج (69 درجة شمالًا) باتجاه أصداء رادارية قوية ذات تردد جد مرتفع (VHF) تُعرف باسم "أصداء الميزوسفير القطبية الشتوية" (PMWE). ورُصدت هذه الأصداء في الميزوسفير السفلي والأوسط أثناء تدفقات كثيفة من البروتونات الشمسية. وبوجه عام، يُعد حدوث أصداء PMWE أكثر ندرة بكثير مقارنة بنظيراتها الصيفية PMSE (إذ تبلغ معدلات الحدوث النموذجية عند خط عرض 69 درجة شمالًا 1–3% مقابل 80%، على التوالي). وتوفر قياساتنا الموقعية، التي أُجريت بواسطة الكرات الساقطة ورقائق الرادار العاكسة والحمولات المجهزة بأدوات قياس، معلومات مفصلة حول الحالة الحرارية والديناميكية للغلاف الجوي، مما يتيح إجراء دراسة غير مسبوقة للغلاف الجوي الخلفي أثناء حدوث أصداء PMWE. وثمة عدد من الأرصاد المستقلة التي تشير إلى أن اضطراب الهواء المتعادل هو المتسبب في ظهور أصداء PMWE؛ حيث تُظهر تقلبات كثافة الأيونات طيف اضطراب داخل نطاق PMWE وانعدامًا تامًا للتقلبات خارجه. كما رُصدت معدلات تناقص رأسي لدرجة الحرارة تقترب من التدرج الأديباتي على مقربة من أصداء PMWE، مما يشير إلى وجود خلط اضطرابي مستمر. ويتوافق الاتساع الطيفي للأصداء الرادارية مع تقلبات السرعة الاضطرابية. ويفسر الاضطراب أيضًا متوسط ارتفاع حدوث أصداء PMWE (نحو 68–75 كم)؛ إذ تتزايد اللزوجة سريعًا مع الارتفاع مما يؤدي إلى تلاشي أي تقلبات صغيرة المقياس في الميزوسفير العلوي، في حين تكون كثافة الإلكترونات في الميزوسفير السفلي منخفضة جدًا في العادة لدرجة لا تسمح بإحداث تشتت خلفي ملموس. ويتفق التغير الموسمي للأصداء في الميزوسفير السفلي مع الخصائص المناخية للاضطراب المستمدة من رحلات سابقة لصواريخ السبر. وقد أجرينا حسابات نموذجية لدراسة التشتت الراداري الخلفي الناجم عن تقلبات البلازما الناتجة عن اضطراب الهواء المتعادل، وتبيّن لنا أن الانعكاسيات الحجمية المرصودة أثناء أصداء PMWE تتوافق كميًا مع التوقعات النظرية. وإلى جانب الاضطراب، يظل المتطلب الأكثر أهمية لحدوث أصداء PMWE هو توافر عدد كافٍ من الإلكترونات، كالتي تنتج على سبيل المثال عن أحداث البروتونات الشمسية. كما درسنا مدى حساسية شدة الصدى الراداري لمتغيرات متعددة، كان أهمها الكثافة العددية للإلكترونات وشدة الاضطراب. ولا تقدم اعتباراتنا الرصدية والنظرية أي دليل يثبت الحاجة إلى جسيمات هباء جوي مشحونة لتفسير نشوء أصداء PMWE، على النقيض تمامًا من الأصداء الصيفية التي يعزى وجودها إلى جسيمات الجليد المشحونة.
Reference Key
lbken2006atmosphericthe Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors F.-J. Lübken, B. Strelnikov, M. Rapp, W. Singer, R. Latteck, A. Brattli, U.-P. Hoppe, M. Friedrich
Are you one of these authors? Claim your profile
Journal Journal of agricultural and food chemistry
Year 2006
DOI
DOI not found
URL
http://www.atmos-chem-phys.net/6/13/2006/acp-6-13-2006.pdf
Keywords
physicschemistry

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.