Klimatförändringar i atmosfären över Arktis studeras med radar
I den avhandling som hon lägger fram vid Luleå tekniska universitet måndagen den 31 oktober har Maria Smirnova, doktorand vid Institutet för rymdfysik, IRF, i Kiruna, använt radarsystemet ESRAD för att studera processer i den övre atmosfären över Arktis.
Polarmesosfäriska sommarekon (PMSE) är ett fenomen där starka radarekon genereras vid altituder av 80-90 km i polarregioner under sommartid. PMSE är nära besläktat med atmosfärsfenomenet nattlysande moln (NLC). På grund av misstankar om att NLC kan reagera på klimatförändringar har det attraherat ett betydande intresse från det vetenskapliga samfundet på senare tid. Kontinuerliga, visuella eller fotografiska NLC-observationer lider dock av väderbegränsningar och den mänskliga faktorn. Radarmätningar av PMSE, däremot, kan lätt utföras över ett längre tidsintervall och är mycket attraktiva för långtidsstudier av de atmosfäriska parametrarna vid den polara mesopausen.
Maria Smirnova’s avhandling baseras på världens längsta dataset av PMSE-observationer av samma radar på samma ställe. Sedan 1997 har dessa mätningar utförts med 52 MHz ESRAD MST-radarn, belägen vid Esrange Space Center nära Kiruna i norra Sverige. Data från åren 1997-2009 användes för studier av dagliga, dag-till-dag och år-till-år variationer av PMSE och långvariga trender. Studien visade att förekomstfrekvens och volymreflektivitet av PMSE, på dygnsnivå huvudsakligen uppvisar semi-diurnala variationer, där formen av de diurnala kurvorna återfinns från år till år.
”Dag-till-dag variationer av PMSE visar tydliga tecken på geomagnetisk aktivitet,” menar Maria Smirnova, ”medan år-till-år variationer huvudsakligen beror på geomagnetisk aktivitet och variationer i solens UV-strålning.”
”Man kan fråga om det finns tecken på klimatförändringar i mina data,” säger Maria Smirnova. ”Jag hittade inga trender i förekomst, styrka eller säsongslängd på PMSE under den period som jag studerade, men för att svara på frågan mer bestämt skulle man behöva studera data från en längre period, minst ett flertal 11-åriga solcyklar.”
Avhandlingen presenterar även en ny, oberoende kalibreringsmetod, som kan användas för att uppskatta förändringar i sändareffekt och antennmatningsförluster från år till år och tillåter säkra jämförelser med PMSE-mätningar med andra radaranläggningar på andra platser. Denna metod baseras på radar-radiosondjämförelser i övre troposfären/lägre stratosfären, tillsammans med PMSE-observationer.
Slutligen, genom att använda 11 års mätningar, beräknades aspektkänsligheten av PMSE. Aspektkänsligheten av radarekon kan förse oss med information om spridningsmekanismer och om själva ekon.
”Det visade sig att hälften av de PMSE som upptäckts varje år inte kan förklaras av isotropisk turbulens, eftersom deras ekon är mycket aspektkänsliga,” förklarar Maria Smirnova.
Maria Smirnova, uppvuxen i Sankt Petersburg, Ryssland, har en magisterexamen i radiofysik från Sankt Petersburgs statliga universitet och har sedan 2007 varit anställd vid Institutet för rymdfysik i Kiruna, där hon har tillhört Polaratmosfärforskningsprogrammet. Hon har samtidigt varit inskriven vid Luleå tekniska universitet, där hon har tillhört institutionen för system- och rymdteknik.
Disputation:
Maria Smirnova försvarar sin avhandling ”Long-term observations of polar mesosphere summer echoes using the ESRAD MST radar” (”Långtidsobservationer av polarmesosfäriska sommarekon med ESRAD MST radar”) i Aulan på Institutet för rymdfysik, IRF, i Kiruna måndagen den 31 oktober 2011, kl. 10.
Kontaktinformation
Maria Smirnova, doktorand, IRF, tel. 0980-79108, maria.smirnova@irf.se
