Ein Weg zur Abschätzung von Schwebstaubkonzentrationen aus Sichtweitenbeobachtungen in einer belasteten Atmosphäre auf der Basis der Sichtweitentheorie nach Koschmieder, 1925 unter Berücksichtigung der Feuchtigkeit wird beschrieben. / An approach for the estimation of concentrations of particulate matter in a polluted atmosphere has been described basing on the view range by the Koschmieder formula under consideration of the relative humidity.

Die Schallausbreitung in der Atmosphäre wird durch vertikale Gradienten meteorologischer Größen, insbesondere Lufttemperatur und Windvektor, maßgeblich beeinflusst. Ziel dieser Studie ist die Abschätzung des Einflusses einer Schallstrahlenrefraktion infolge von Temperatur- und Windgradienten auf die Laufzeit akustischer Signale zwischen Sendern und Empfängern. Mit Hilfe des hier vorgestellten Schallstrahlenmodells SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing) wird die Differenz der Laufzeiten entlang des gekrümmten Schallweges (mit Refraktion) und entlang der geraden Verbindungslinie (ohne Refraktion) zwischen einem Sender und einem Empfänger berechnet. Je größer die Sender-Empfänger-Entfernung und je größer der Unterschied zwischen Sender- und Empfängerhöhe sind, desto größer sind auch die Beträge der Laufzeitunterschiede. Der gekoppelte Einfluss von Temperatur- und Windprofil auf die Schallstrahlenrefraktion lässt zum großen Teil jedoch keine pauschalen Abschätzungen der Laufzeitdifferenz zu. Die erzielten Untersuchungsergebnisse werden insbesondere für eine Einschätzung der Anwendbarkeit einer Schallstrahlapproximation (geradlinige Schallstrahlen) bei der akustischen Laufzeittomographie benötigt. / Sound propagation inside the atmosphere is mainly influenced by vertical gradients of meteorological quantities, in particular air temperature and wind vector. The aim of this study is to estimate the influence of the sound ray refraction on the travel time of acoustic signals between transmitters and receivers due to temperature and wind gradients. The difference of the travel times along the curved sound ray (with refraction) and along the straight line (without refraction) between the transmitter and the receiver is calculated by means of the presented sound-ray model SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing). The greater the transmitter-receiver-distances, and the greater the height-level differences of transmitter and receiver, the greater are the travel-time differences. However, the coupled influence of temperature and wind profiles on the sound-ray refraction does mostly not allow an universal estimation of the travel-time difference. The obtained results are necessary to validate the sound-ray approximation (straight-line approximation) applied by the acoustic tomography.

It is presented how the original isotropic boundary condition in a Gauss-Seidel radiative transfer model is generalized to describe an angular dependent surface reflection. A symmetry about the plane of incidence is assumed since the general case of an arbitrary non-symmetric reflection is to costly. As a result using Hapke\'s BRDF the upward radiance at the surface and the top of the atmosphere are discussed and compared to the results with the original isotropic boundary condition. In addition we discuss the impact of Rayleigh scattering and aerosol extinction on the reflected solar radiance field. / Es wird dargestellt wie die untere Randbedingung in unserem Gauss-Seidel Strahlungstransportmodell erweitert wird, um eine richtungsabhängige Reflexion beschreiben zu können. Da die Beschreibung einer asymmetrischen Bodenreflexion zu aufwendig wäre, beschränken wir uns dabei auf den Fall, bei dem die Reflexion symmetrisch bezüglich der Einfallsebene ist. Als Ergebnisse werden die aufwärtsgerichtete Strahldichte unmittelbar am Erdboden und am Atmosphärenoberrand diskutiert und mit den Ergebnissen für die ursprünglich isotrope Reflexion verglichen. Außerdem wird auf den Einfluß der Rayleigh Streuung und der Extinktion durch die Aerosolpartikel auf das reflektierte solare Strahldichtefeld eingegangen.

Eine wichtige Aufgabe des Umweltschutzes besteht in der Überwachung von Geräuschimmissionen. Die Grenzen der bisher verwendeten, operationellen Verfahren zeigen sich vor allem darin, dass der Einfluss der Atmosphäre auf die Schallausbreitung nur unzureichend berücksichtigt wird. In dieser Studie wird deshalb ein Modell aus dem Bereich der geometrischen Akustik zur Einbeziehung des Atmosphärenzustandes in die Schallprognose vorgestellt. Das Modell SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing) bestimmt die durch Schallstrahlenrefraktion modifizierten Schallausbreitungsbedingungen für ein Gebiet entsprechend der vorgegebenen thermischen Atmosphärenschichtung und den Vertikalprofilen von Windgeschwindigkeit und –richtung. Ein wichtiger Schritt bei der Weiterentwicklung von SMART war die Implementierung eines Refraktionsgesetzes, welches die Schallstrahlenbrechung an Schichtgrenzen in einem zweidimensional geschichteten, bewegten Medium exakt beschreibt. Die Unterschiede in der Schallstrahlenberechnung zwischen diesem Modell und früheren Simulationen machen sich insbesondere für Entfernungen von der Schallquelle zwischen 1 und 3 km bemerkbar. Da in diesem Bereich eine verstärkte Lärmbelastung gegenüber vorangegangenen Simulationen auftritt, wird die Verwendung des physikalisch exakten Refraktionsgesetzes für eine bewegte Atmosphäre im Rahmen von Lärmschutzuntersuchungen empfohlen. / An important problem regarding the environmental protection is the immission control of noise. The applicability of currently operational methods is limited because the influence of the atmosphere on the sound propagation is only insufficiently taken into account. Thus, a geometrical sound propagation model is presented in this study to include the state of the atmosphere into the forecast of noise immission. The model SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing) calculates the modified sound propagation conditions due to sound-ray refraction for an area according to the given thermal stratification of the atmosphere and the vertical profiles of wind speed and wind direction. An important step during the further development of the model SMART was the implementation of a refraction law, that is exactly valid for the sound-ray refraction at the boundary between two layers with different properties inside a twodimensional, stratified moving medium. Maximal differences between simulations with this model and former investigations occur at a distance of 1-3 km away from the sound source. A stronger noise immission is also notable in this area. Because of this result it is recommended to use the presented physically more exact refraction law for a moving atmosphere within the scope of noise immission control.

Auf der Basis einer am Observatorium Collm erarbeiteten ALLEGRO-Datei mit 7800 Zitaten (Stand Mitte 1998) von Veröffentlichungen für das Gebiet der Dynamik der Hochatmosphäre wird eine Übersicht über die Entwicklung des Fachgebietes von den Anfängen bis zur Gegenwart gegeben. / On the basis of an ALLEGRO-file with 7800 quotations compiled at the Collm Geophysical Observatory it is given a survey of the development of the field of the dynamics of the upper atmosphere by the begins up to the present.

Two modules have been developed which qualify mesoscale atmospheric models for simulating the chemical transport at resolutions much higher than the model grid. Compared with total fine-grid application this method proves to be nearly so efficient but more economic. The modules solve the chemical transport equations (a) and submit the horizontal subgrid (b) for the meteorological and chemical calculations: (a) The chemical transport module considers the triad NO-N02-03 together with a simplified hydrocarbon chemistry. Involved are chemical reactions, anthropogenic and biogenic emission, dry deposition, passive transport, and turbulent diffusion. For these calculations a special vertical subgrid was introduced within the lowest atmospheric model layer. lt eliminates the frequently used approach of constant vertical particle fluxes near the surface. (b) The horizontal-subgrid module splits the horizontal model grid equidistantly into subgrid cells. The vertical surface fluxes of momentum, sensible and latent heat, radiation, soil heat and wetness, and chemical components are explicitly treated on this subgrid. The subgrid-averaged surface fluxes are employed for the (coarser) normal-grid calculations of the atmospheric meteorological variables. In contrast to the meteorological quantities, the chemical components and processes are perf ormed at all model layers on the horizontal subgrid. Several results are compared to conventional simulations of variable model resolution. / Zwei Programm-Module für mesoskalige Atmosphärenmodelle sind entwickelt worden, die Chemie-Transport-Vorgänge in höherer als der normalen Modellgitter-Auflösung simulieren. Im Vergleich zu hochaufgelösten Standardmodell-Anwendungen erweist sich diese Methode als effizienter. Die Module lösen die Chemie-Transport-Gleichungen (a) und schaffen das horizontale Untergitter für die meteorologischen und chemischen Berechnungen (b): (a) Im Chemie-Transport-Modul wird die Triade NO-N02-03 gemeinsam mit einer vereinfachten Kohlenwasserstoff-Chemie betrachtet. Berücksichtigt werden chemische Reaktionen, anthropogene und biogene Emissionen, trockene Deposition, passiver Transport und turbulente Diffusion. Für diese Berechnungen wurde innerhalb der untersten Modellschicht ein spezielles vertikales Untergitter eingeführt, um die in Oberflächennähe häufig angewendete Näherung konstanter Stoffflüsse zu eliminieren. (b) Das Untergitter-Modul unterteilt das horizontale Modellgitter in Unterzellen, auf welche die Berechnung der Boden- und Oberflächenflüsse bezogen wird. Die vertikalen Oberflächenflüsse von Impuls, sensibler und latenter Wärme, Strahlung, Bodenwärme und -feuchte sowie der chemischen Komponenten werden explizit im Untergitter bestimmt. Die über die Unterzellen gemittelten Flüsse werden für die im (gröberen) Modellgitter ablaufenden Berechnungen der meteorologischen Größen genutzt. Im Gegensatz dazu werden die chemischen Komponenten und Prozesse in allen Modellschichten vollständig auf dem Untergitter behandelt. Einige Ergebnisse dieser Methode werden im Vergleich mit Standard-Simulationen unterschiedlichen Auflösungsgrades gezeigt.

Das Schallstrahlenmodell SMART (Sound Propagation Model for the Atmosphere using Ray Tracing) simuliert die Schallausbreitung in der Atmosphäre unter der Berücksichtigung der Einflüsse der frequenzabhängigen Schallabsorption in der Luft, des frequenzabhängigen Bodeneinflusses und der Refraktion durch vertikale Gradienten im Wind- und Temperaturfeld. Die Ergebnisse des Modells werden zum Beispiel auf Truppenübungsplätzen zur Schallortung und zur Einschätzung der allgemeinen Schallausbreitungssituation verwendet. Des Weiteren wurde eine Untersuchung einer Regionalisierung von Schallausbreitungsverhältnissen durchgeführt. Daraus ergab sich eine Einteilung Deutschlands in verschiedene Gebiete mit unterschiedlichen mittleren Schallausbreitungsbedingungen. Die Schallquellenhöhe befand sich für diese Untersuchungen am Boden. SMART ist aber auch in der Lage die Schallausbreitung für weitaus höherliegende Schallquellen zu simulieren. So wurden Simulationen für die Emissionshöhe von 140 m durchgeführt. Es zeigten sich große Unterschiede zu einer bodennahen Schallausbreitung. / The sound propagation model SMART (Sound Propagation Model for the Atmosphere using Ray Tracing) simulates the sound propagation in a stratified atmosphere. In addition to the geometrical spreading and the stratification of the atmosphere, the properties of the ground also strongly affect the sound propagation. Further the absorption in the air is dependent for the frequency of the sound signal. The results of the model are used on drill grounds of the German Federal Armed Forces, on the one side for a locating of sound sources and on the other side for an estimation of the conditions of the sound propagation. Furthermore, there was a study to find regional differences in the model results. This leads to a classification of Germany in different areas with the same mean conditions for sound propagation. The sound source for this study was positioned at the ground surface. SMART also can be used for the simulation of a sound propagation with a high-placed sound source. So there was a study for an emission height of 140 meter. There were shown great differences to a sound propagation near the ground.

Large uncertainties exist in estimations of aerosol direct radiative forcing and indirect radiative forcing, and the values derived from globalmodeling differ substantially with satellite-based calculations. Following the approach of Quaas et al. (2008; hereafter named Quaas2008),we reassess satellite-based clear- and cloudy-sky radiative forcings and their seasonal variations by employing updated satellite products from 2004 to 2011 in combination with the anthropogenic aerosol optical depth (AOD) fraction obtained frommodel simulations using the Goddard Earth Observing System-Chemistry-Advanced ParticleMicrophysics (GEOS-Chem-APM). Our derived annual mean aerosol clear-sky forcing (-0.59 W m-2) is lower, while the cloudy-sky forcing (-0.34 W m-2) is higher than the corresponding results (-0.9Wm-2 and -0.2W m-2, respectively) reported in Quaas2008. Our study indicates that the derived forcings are sensitive to the anthropogenic AOD fraction and its spatial distribution but insensitive to the temporal resolution used to obtain the regression coefficients, i.e.,monthly or seasonal based. The forcing efficiency (i.e., the magnitude per anthropogenic AOD) for the clear-sky forcing based on this study is 19.9Wm-2, which is about 5% smaller than Quaas2008’s value of 21.1Wm-2. In contrast, the efficiency for the cloudy-sky forcing of this study (11 W m-2) is more than a factor of 2 larger than Quaas2008’s value of 4.7 W m-2. Uncertainties tests indicate that anthropogenic fraction of AOD strongly affects the computed forcings while using aerosol index instead of AOD from satellite data as aerosol proxy does not appear to cause any significant differences in regression slopes and derived forcings.

The formation of cloud droplets on aerosol particles, technically known as the activation of cloud condensation nuclei (CCN), is the fundamental process driving the interactions of aerosols with clouds and precipitation. Knowledge of these interactions is foundational to our understanding of weather and climate. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) and the Decadal Survey (NRC 2007) indicate that the uncertainty in how clouds adjust to aerosol perturbations dominates the uncertainty in the overall quantification of the radiative forcing attributable to human activities. The Clouds, Hazards, and Aerosols Survey for Earth Researchers (CHASER) satellite mission concept responds to the IPCC and Decadal Survey concerns by studying the activation of CCN and their interactions with clouds and storms. The CHASER satellite mission was developed to remotely sense quantities necessary for determining the interactions of aerosols with clouds and storms. The links between the Decadal Survey recommendations and the CHASER goals, science objectives, measurements, and instruments are described in Table 1. Measurements by current satellites allow a rough determination of profiles of cloud particle size but not of the activated CCN that seed them. CHASER will use an innovative technique (Freud et al. 2011; Freud and Rosenfeld 2012; Rosenfeld et al. 2012) and high-heritage (flown in a previous spaceflight mission) instruments to produce satellite-based remotely sensed observations of activated CCN and the properties of the clouds associated with them. CHASER will estimate updraft velocities at cloud base to calculate the number density of activated CCN as a function of the water vapor supersaturation. CHASER will determine the CCN concentration and cloud thermodynamic forcing (i.e., forcing caused by changes in the temperature and humidity of the boundary layer air) simultaneously, allowing their effects to be distinguished. Changes in the behavior of a group of weather systems in which only one of the quantities varies (a partial derivative of the intensity of the weather system with respect to the desirable quantity) will allow the determination of each effect statistically.

The Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) instruments onboard the series of National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) satellites offer the longest available meteorological data records from space. These satellites have drifted in orbit resulting in shifts in the local time sampling during the life span of the sensors onboard. Depending upon the amplitude of the diurnal cycle of the geophysical parameters derived, orbital drift may cause spurious trends in their time series. We investigate tropical deep convective clouds, which show pronounced diurnal cycle amplitude, to estimate an upper bound of the impact of orbital drift on their time series. We carry out a rotated empirical orthogonal function analysis (REOF) and show that the REOFs are useful in delineating orbital drift signal and, more importantly, in subtracting this signal in the time series of convective cloud amount. These results will help facilitate the derivation of homogenized data series of cloud amount from NOAA satellite sensors and ultimately analyzing trends from them. However, we suggest detailed comparison of various methods and rigorous testing thereof applying final orbital drift corrections.