Wave motions in the lower thermosphere during the Energy Budget Campaign 1980 from three locations in the northern Hemisphere

Summary

Simultaneous meteor radar wind observations were made at Budrio (Italy, 45° N), Sheffield (U.K., 53° N) and Stornoway (U.K., 58° N) during the Energy Budget Campaign (EBC), November–December 1980, in the altitude region between 75 and 115 km. Wind results are presented in terms of prevailing components and oscillations of different time scales: tidal (8, 12 and 24 h), gravity ((3÷6) h) and planetary ((2÷10) days) waves. The seasonal variation of the prevailing zonal components observed at the three stations in previous years shows the same maxima of Summer and Winter, as well as the equinoctial minima exhibited by the CIRA 1972 model for 50° N. The data show marked tidal activity with the semi-diurnal tide which exceeds in amplitude any other mode in the wind spectra. Tidal amplitudes recorded at Budrio appear significantly lower than those recorded at Sheffield and Stornoway. Variations of the amplitude of maxima of the semi-diurnal oscillation relative to the Budrio and Sheffield data show time scales generally greater than 5 days throughout the recording period. The diurnal and terdiurnal tides represent a small part of the total wind energy in the meteor zone and exhibit phases which disagree strongly at the quoted stations. The scatter in the hourly data is representative of small-scale wind disturbances due to internal gravity waves: at Budrio, by using the MEM method for individual day's data (November 23–24, 28–29, 1980), gravity waves with vertical wave-lengths of (20÷45) km, periods of 3.5, 4.5 and 6 h, and amplitudes of the order of 10 ms⁻¹ have been observed. Long-period oscillations with periods in the (2÷10) day time interval have been identified in the wind patterns at Budrio and Sheffield, but the presence of planetary waves of quasi-2-day period was less significant than during a previous Summer 1980 run carried out at the same stations.

Riassunto

Simultanee osservazioni di vento ed altezze comprese tra 75 e 115 km sono state effettuate a Budrio (Italia) (45° N), Sheffield (G.B.) (53° N) e Stornoway (G.B.) (58° N) utilizzando la tecnica del radar meteorico, nel corso dell'Energy Budget Campaign (EBC), Novembre–Dicembre 1980. Risultati di vento sono presentati in termini di componenti prevalenti e di oscillazioni a diversa scala temporale: onde mareali (24, 12 ed 8 ore), di gravità ((3÷6) ore) e planetarie ((2÷10) giorni). Le variazioni stagionali delle componenti prevalenti zonali mostrano gli stessi massimi estivi ed invernali, nonché gli stessi minimi equinoziali del modello CIRA 1972 ottenuto per 50° N. I dati evidenziano una marcata attività mareale con la marea semidiurna che supera in ampiezza ogni altra oscillazione negli spettri del vento. Le ampiezze delle maree registrate a Budrio appaiono sensibilmente piú modeste di quelle registrate a Sheffield e Stornoway. Le variazioni dell'ampiezza dei massimi dell'oscillazione semidiurna, relativi ai dati di Budrio e di Sheffield, evidenziano scale temporali maggiori di 5 giorni attraverso l'intero periodo di registrazione. Le maree diurna e terdiurna rappresentano una piccola parte dell'energia totale del vento nella zona meteorica e presentano fasi che sono in forte disaccordo presso le stazioni citate. Le deviazioni nell'ampiezza dei dati orari sono da associare a disturbi a piccola scala del vento dovuti ad onde di gravità interne: a Budrio, utilizzando il metodo MEM per i dati di singoli giorni (23–24, 28–29 Novembre 1980), sono state osservate onde di gravità con lunghezze d'onda verticale di (20÷45) km, con periodi di 3.5, 4.5 e 6 ore, ed ampiezze dell'ordine di 10 ms⁻¹. Oscillazioni a lungo periodo con periodi nell'intervallo temporale (2÷10) giorni sono state identificate nel campo dei venti osservato a Budrio e a Sheffield, ma la presenza di onde planetarie con periodo di quasi 2 giorni appariva meno significativa rispetto alle precedenti osservazioni dell'estate 1980, effettuate simultaneamente alle stesse stazioni.

Резюме

Были проведены одновременные наблюдения ветра в Будрио (45° N), Шеффильде (53° N) и Сторновее (58° N) в течение кампании в ноябре-декабре 1980 года на высотах между 75 и 115 км. Полученные результаты для ветра представлены в виде преобладающих компонент и осцилляций различных временных масштабов: приливные (8, 12 и 24 часа), гравитационные ((3÷6) часов) и планетарные ((2÷10) дней) волны. Сезонные нзменения преобладающих зональных компонент, наблюденные на трех станциях в предыдущие годы, обнаруживают такие же максимумы летом и зимой и равноденственные минимумы. Полученные данные обнаруживают заметную приливную активность в случае полусуточных приливов, при которых амплитуда превышает все другие моды в спектре ветра. Приливные амплитуды, зарегистрированные в Будрио, оказываются существенно меньше, чем амплитуды, зарегистрированные в Шеффильде и в Сторновее. Изменения амплитуды максимумов для полусуточных осцилляций по данным в Будрио и Шеффильде обнаруживают временные масштабы, которые превышают 5 дней по периоду регистрации. Суточные и трехсуточные приливы представляют малую часть полной энергии ветра в метеорной зоне и имеют фазы, которые не совпадают на вышеуказанных станциях. Разброс данных является типичным для возмущений ветра малого масштаба, обусловленных внутренними гравитационными волнами. В Будрио, используя метод MEM для данных в отдельные дни (23–24, 28–29 ноября 1980 года), наблюдались гравитационные волны с вертикальной длиной волны (20÷45) км, периодами 3.5, 4.5 и 6 часов и амплитудами порядка 10 мс⁻¹. Осцилляции с периодами во временном интервале (2÷10) дней идентифицированы в диаграммах ветра, зарегистрированных в Будрио и Шеффильде, но наличие планетарных волн с периодом около 2 дней менее заметно, чем в предыдущих наблюдениях летом 1980 года, проведенных на тех же станциях.