Studie über die Auswirkungen von vier Sudden Stratospheric Warming / Elevated Stratopause Ereignissen auf das VLF-Signal in hohen Breiten

Abstract

Sudden Stratospheric Warmings (SSW) und Elevated Stratopause (ES) Events sind durch atmosphärische Wellen ausgelöste Winterphänomene in den mittleren bis hohen Breiten, die insbesondere in stratosphärischen und mesosphärischen Höhen zu erheblichen Veränderungen des Windes, der Temperatur und dem vertikalem Massentransport führen. Es ist anzunehmen, dass SSW- und ES-induzierte Veränderungen auch Modifikationen in der empfindlichen Ionisierung der D-Schicht (~60-90 km) verursachen. Die D-Schicht, als unterste Schicht der Ionosphäre, dient als obere Reflexionsgrenze für die Ausbreitung von Radiowellen mit sehr niedrigen Frequenzen (3-30 kHz, VLF). Diese VLF Signale können weite Distanzen zwischen Sender und Empfänger innerhalb der Erdoberfläche (untere Reflexionsgrenze) und der D-Schicht zurücklegen, mit einer geringen Dämpfung von nur 2-3 dB/Mm. Daher werden sie auch für die Fernkommunikation genutzt. Da sich Störungen der Ionisation in der D-Region auch im VLF-Signal bemerkbar machen, ist es ein nützliches Instrument für kontinuierliche Untersuchungen der D-Region. Hier untersuchen wir die Auswirkungen von vier SSW/ES-Ereignissen auf die VLF-Signalamplitude zwischen der Tx-Rx-Verbindung NRK-NyÅlesund in den hohen Breiten, um weitere Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen der ionosphärischen D-Region und der Atmosphäre während dieser bedeutenden atmosphärischen Phänomene zu gewinnen. Für drei von vier SSW/ES-Ereignissen, die in den Winterperioden 2009, 2010 und 2018 auftraten, wurde eine ähnliche VLF-Signalamplitudenvariation beobachtet, die durch einen signifikanten Anstieg der Signalamplitude während der SSW sowie von einer Abnahme während des ES, gekennzeichnet ist. Diese Studie zielt darauf ab, einen möglichen Mechanismus aufzudecken, der diese ähnlichen VLF-Signalamplitudenschwankungen antreibt und eine unerwartet starke Korrelation mit der mesosphärischen Wasserdampfkonzentration beinhaltet. Darüber hinaus werden die Ursachen für die unterschiedlichen VLF-Signalamplitudenschwankungen für das SSW/ES-Ereignis im Winter 2019 diskutiert.