Über der für das Wettergeschehen relevanten Troposphäre befinden sich in der Atmosphäre die Stratosphäre, die Mesosphäre und die Thermosphäre. Diese über die thermische Struktur definierten Schichten sind durch atmosphärische Wellen gekoppelt. Sich über große Distanzen ausbreitende Wellen transportieren Energie und Impuls und führen somit zu einer Umverteilung in der gesamten Atmosphäre. Dies führt zu teils sehr großen Abweichungen vom Strahlungsgleichgewicht, zum Beispiel an der sehr kalten polaren Sommermesopause, sowie des Antriebs einer globalen Zirkulation. In der Mesosphäre herrschen starke Winde bis 100 Metern pro Sekunde, die durch Gezeiten beeinflusst sind. In der Stratosphäre bremsen durch das Brechen von zum Beispiel bei der Überströmung von Gebirgen angeregte Schwerewellen in den Wintermonaten stratosphärische Winde stark ab. In der Thermosphäre tritt die Atmosphäre in Kontakt mit dem Weltraum, wo durch Einfluss des Sonnenwindes Stürme erzeugt werden. Die Ausbreitung der atmosphärischen Wellen wird von einer Vielzahl von Prozessen beeinflusst, zum Beispiel deren Wechselwirkung mit anderen Wellen und Winden. Dabei können auch wieder neue Wellen entstehen, die sich weiter in alle Richtungen ausbreiten. Brechende Wellen erzeugen über eine Kaskade hin zu kleineren Skalen eine Vielzahl von Instabilitäten und Turbulenz. Um zu einem Verständnis des Gesamtsystems der Atmosphäre zu gelangen, ist es notwendig, die Atmosphäre zu beobachten und die dynamischen Prozesse auf den verschiedenen Skalen zu studieren.
Zentrale Fragestellungen
Die Untersuchung des kompletten Lebenszyklus von atmosphärischen Schwerewellen beginnend mit der Erzeugung, der horizontalen und vertikalen Ausbreitung, und schließlich der Dissipation der Wellen mit dem Impulsübertrag auf die Hintergrundströmung und der damit einhergehenden Beschleunigung/Abbremsung des Windes.
Die Untersuchung der Rolle von Strahlströmen als Wellenleiter für Schwerewellen.
Das Studium von Prozessen, welche zum Brechen von Schwerewellen und zur Erzeugung von weiteren Wellen und Turbulenz führen.
Die Untersuchung von Wechselwirkungen von Schwerewellen untereinander, mit Gezeiten und planetaren Wellen.
Den Einfluss von der Dynamik der neutralen Atmosphäre auf das Weltraumwetter.
Um diese Fragen zu beantworten analysieren wir hochaufgelöste Meßdaten in Verbindung mit idealisierten numerischen Simulationen, Wetter- und Klimamodellen. Wir entwickeln leistungsstarke und neuartige Lidar-Instrumente, die wir in Feldmeßkampagnen von verschiedenen Plattformen (Boden, Flugzeug, Ballon, Rakete) gezielt einsetzen, um Daten über die Atmosphäre zu gewinnen und dynamische Prozesse zu beobachten.
