The IAP iron Doppler lidar has been operated at the Antarctic station Davis (69°S, 78°E) between December 2010 and December 2012. With more than 2600 hours of lidar observations acquired over a period of 16 months, the iron lidar produced the most extensive high resolution dataset available to date. In this thesis new algorithms have been developed to analyze the molecular part of the lidar return signal and obtain temperature profiles between 20 and 60 km altitude. The resulting stratospheric dataset is combined with Doppler temperature measurements in the mesosphere-lower thermosphere (80-100 km). Seasonal variations in the thermal structure above Davis are studied and wave-induced temperature perturbations are analyzed on different time scales. Gravity wave potential energy densities (GWPED) are computed from lidar observations and compared to a simple gravity wave model. In the stratosphere the GWPED shows a clear annual oscillation with a double-peak in winter, while a semi-annual component dominates in the mesosphere. It is shown that observed seasonal variations in GWPED are caused by selective filtering of zonally propagating gravity waves. The altitude range where most waves are filtered is linked to the reversal of the zonal wind which progresses downward from mesospheric altitudes to the stratosphere during breakdown of the polar vortex at the end of winter. Evidence for wind filtering of gravity waves is found in measured GWPED profiles as well as power spectra of wave-induced perturbations.
Das IAP Eisen-Doppler Lidar wurde von Dezember 2010 bis Dezember 2012 auf der Antarktisstation Davis (69°S, 78°E) betrieben. Über einen Zeitraum von 16 Monaten konnten mit diesem Instrument mehr als 2600 Stunden an Messdaten gesammelt werden. Mit dieser bisher unerreichten Anzahl von Messstunden stellen diese Messungen den größten hochaufgelösten Lidardatensatz dar. In dieser Arbeit wurden Algorithmen zur Auswertung des molekularen Anteils des Rückstreusignals entwickelt um Temperaturprofile im Höhenbereich 20-60 km zu erhalten und damit die Eisen-Doppler Temperaturmessungen in der Mesosphäre/unteren Thermosphäre (80-100 km) nach unten hin zu erweitern. Es werden saisonale Änderungen der Temperatur sowie von Wellen verursachte Temperaturfluktuationen auf unterschiedlichen Zeitskalen untersucht. Aus den Messdaten abgeleitete Schwerewellenenergiedichten (gravity wave potential energy density, GWPED) werden mit den aus einem einfachen Schwerewellenmodell erhaltenen Ergebnissen verglichen. Während die GWPED in der Stratosphäre einer jährlichen Oszillation folgt, dominiert in der Mesosphäre eine halbjährliche Komponente. Es wird gezeigt, dass die beobachteten saisonalen Variationen in der GWPED durch selektive Filterung von in zonaler Richtung propagierenden Schwerewellen verursacht wird. Hierbei hängt der Höhenbereich, in dem die Mehrzahl der Wellen gefiltert wird, eng mit der Windumkehr des Zonalwindes zusammen. Mit dem Zusammenbruch des polaren Wirbels am Ende des Winters wandert dieser Bereich von der Mesosphäre in die untere Stratosphäre. Hinweise auf die Windfilterung von Schwerewellen liefern sowohl die gemessenen GWPED Profile als auch Leistungsspektren von Temperaturfluktuationen.