Empirische Modelle von Plasmaparametern in der Mesosphäre

Messungen in-situ sind in der Mesosphäre nur mit Hilfe von Höhenforschungsraketen möglich, weshalb Daten aus dieser Region naturgemäß große Lücken aufweisen und selbst IRI (= International Reference Ionosphere) als ehrgeizigster Versuch, Elektronendichten zu beschreiben, diesem Höhenbereich weniger Aufmerksamkeit widmet. Das vorliegende Forschungsprojekt will empirische Modelle jener Parameter der unteren Ionosphäre erstellen, die in IRI entweder unzulänglich beschrieben werden oder überhaupt fehlen: der Übergang von molekularen Ionen zu Clustern, die Dichte negativer Ionen und die effektive Rekombinationsrate. Diese Parameter sollen dann für Atmosphärenmodelle eingesetzt werden und können z.B. Grenzwerte für Dichten von Spurenstoffen liefern. Für Elektronendichten sind zunächst zwei getrennte Modelle für die Breiten in der Polarlichtzone und außerhalb derselben vorgesehen. Das letztere wird als Funktion des Sonnenstandswinkels, der Breite, der Jahreszeit und der Sonnenaktivität aufgebaut sein, während für hohe Breiten vornehmlich der Sonnenstandswinkel und das Ausmaß der Störung, ausgedrückt in lokaler Riometer-Absorption, Eingang finden werden. Elektronendichtemessungen in der unteren Ionosphäre mit Hilfe zuverlässiger Methoden (Wellenausbreitung, Incoherent Scatter Radars) sollen kombiniert werden, um die Vorteile aus den bis zu niedrigen Höhen hin genauen, aber relativ wenigen (etwa 100) Wellenausbreitungsdaten von Höhenforschungsraketen mit der großen Zahl von Radarprofilen (über 30,000) zu verbinden, die seit kurzer Zeit verfügbar sind. Um die optimale mathematische Formulierung zur Beschreibung der verschiedenen Variationen zu finden, muß das am Institut verfügbare theoretische (ionenchemische) Modell verbessert werden. Sodann werden Unterschiede zwischen den Modellen untersucht und Rückschlüsse auf die Neutralatmosphäre gezogen werden. Aus dem vollständigen Modell sollen die in der Praxis wichtigen Parameter effektive Rekombinationsrate und mittlere Ionenmasse abgeleitet werden. Die Entwicklung der Modelle, sowie die wissenschaftliche Analyse der Ergebnisse, soll unter maßgeblicher Verwendung von Matlab in einer PC-Umgebung stattfinden. Zur Implementierung der Modelle bei NASA Goddard als Teil von IRI sind sie in eine Unix/Fortran-Umbegung zu portieren und an die lokalen Erfordernisse zu adaptieren.