Polar mesosphere summer echoes (PMSE) are very strong radar echoes which occur in the vicinity of the polar summer mesopause (80-90km) and which are directly linked to the presence of mesospheric ice clouds. Measurements of PMSE were performed with four radars operating at four different frequencies. Based on these measurements, this thesis concentrates on the frequency dependence of PMSE properties. It starts with an investigation of statistical properties of the echoes and then turns to a test of our current understanding and to the determination of microphysical parameters from the observations. This study shows that the vast majority (>94%) of all observations is consistent with theory according to which the echoes originate from turbulence-induced scatter in combination with an enhanced Schmidt number due to the presence of charged ice particles. Based on this theory, a new algorithm has been developed to calculate Schmidt numbers and hence radii of the ice particles from radar observations at two well-separated frequencies. Applying this algorithm to our observations, yields ice particle radii which are in excellent agreement with independent results.
Polare Mesosphären Sommerechos (PMSE) sind sehr starke Radarechos aus dem Bereich der polaren Sommermesopause (80-90km) und stehen in engem Zusammenhang mit mesosphärischen Eiswolken. PMSE Messungen wurden mit insgesamt vier Radargeräten bei vier verschiedenen Frequenzen durchgeführt. Basierend auf diesen Messungen liegt der Fokus dieser Dissertation auf einer Untersuchung der Frequenzabhängigkeit der Eigenschaften von PMSE. In einem ersten Schritt werden statistische Eigenschaften der Echos bei den verschiedenen Frequenzen bestimmt, wonach der Fokus dann auf die Überprüfung unseres physikalischen Verständnisses und der Ableitung mikrophysikalischer Parameter gelegt wird. Es wird gezeigt, dass die überwiegende Mehrzahl aller Messungen (>94%) mit einer Theorie konsistent ist, nach der die Echos durch eine Kombination von Turbulenz in Anwesenheit einer großen Schmidtzahl aufgrund des Effektes geladener Eispartikel erklärt wird. Auf der Grundlage dieser Theorie wurde ein neuer Algorithmus entwickelt, mit dem Schmidtzahlen und damit Eisteilchenradien aus Radarmessungen bei zwei wesentlich verschiedenen Frequenzen bestimmt werden. Die Anwendung dieses Algorithmus auf unsere Radarmessungen ergibt Eisteilchenradien, die in exzellenter Übereinstimmung mit unabhängigen Ergebnissen sind.