Aerosol indirect effects continue to constitute one of the most important uncertainties for anthropogenic climate perturbations. Within the international AEROCOM initiative, the representation of aerosol-cloud-radiation interactions in ten different general circulation models (GCMs) is evaluated using three satellite datasets. The focus is on stratiform liquid water clouds since most GCMs do not include ice nucleation effects, and none of the model explicitly parameterises aerosol effects on convective clouds. We compute statistical relationships between aerosol optical depth (tau a) and various cloud and radiation quantities in a manner that is consistent between the models and the satellite data. cloud droplet number concentration (N d) compares relatively well to the satellite data at least over the ocean. The relationship between (tau a) and liquid water path is simulated much too strongly by the models. This suggests that the implementation of the second aerosol indirect effect mainly in terms of an autoconversion parameterisation has to be revisited in the GCMs. A positive relationship between total cloud fraction (fcld) and tau a as found in the satellite data is simulated by the majority of the models, albeit less strongly than that in the satellite data in most of them. In a discussion of the hypotheses proposed in the literature to explain the satellite-derived strong fcld–tau a relationship, our results indicate that none can be identified as a unique explanation. Relationships similar to the ones found in satellite data between tau a and cloud top temperature or outgoing long-wave radiation (OLR) are simulated by only a few GCMs. The GCMs that simulate a negative OLR - tau a relationship show a strong positive correlation between tau a and fcld. The short-wave total aerosol radiative forcing as simulated by the GCMs is strongly influenced by the simulated anthropogenic fraction of tau a, and parameterisation assumptions such as a lower bound on Nd. Nevertheless, the strengths of the statistical relationships are good predictors for the aerosol forcings in the models. An estimate of the total short-wave aerosol forcing inferred from the combination of these predictors for the modelled forcings with the satellite-derived statistical relationships yields a global annual mean value of −1.5±0.5Wm−2. In an alternative approach, the radiative flux perturbation due to anthropogenic aerosols can be broken down into a component over the cloud-free portion of the globe (approximately the aerosol direct effect) and a component over the cloudy portion of the globe (approximately the aerosol indirect effect). An estimate obtained by scaling these simulated clearand cloudy-sky forcings with estimates of anthropogenic tau a and satellite-retrieved Nd–tau a regression slopes, respectively, yields a global, annual-mean aerosol direct effect estimate of −0.4±0.2Wm−2 and a cloudy-sky (aerosol indirect effect) estimate of −0.7±0.5Wm−2, with a total estimate of −1.2±0.4Wm−2.

Strategies to detect and attribute aerosol global impacts on clouds and climate from synergetic approaches involving modeling and observational evidence at different spatial and temporal scales.

Statistische Analysen meteorologischer Zeitreihen belegen für Sachsen Veränderungen der Mittelwerte von Temperatur und Niederschlag. Um die weitere Entwicklung abzuschätzen, können Modellsimulationen genutzt werden. Dieser Beitrag geht auf die grundlegenden Methoden der globalen und regionalen Klimamodellierung ein. Anhand jahreszeitlich differenzierter Trends in simulierten und gemessenen Daten werden Klimaänderungssignale im 20. und 21. Jahrhundert für Sachsen dargestellt. Aufgrund der durch die verschiedenen regionalen Klimamodelle projizierten klimatischen Entwicklungen, sollten Klimawandelszenarien und Studien über zukünftige Klimaauswirkungen auf Ensembles verschiedener Modelle zurückgreifen. Auf diesem Wege ist es möglich, die sich aus den Klimaprojektionen ergebenden Unsicherheiten umfassender zu beurteilen. / Statistical analysis of meteorological time series provides proof of changes in temperature and precipitation in Saxony, Germany. To be able to estimate the further development, regional climate model simulations (RCMs) can be applied. This paper investigates the methods of global and regional climate modelling. Seasonal trends in observed and simulated climate change signals for the 20th and 21st century are presented for the area of the federal state of Saxony. Given the differing climate projections produced by the individual models, climate change scenarios and climate impact studies should be based on an ensemble of model output data from different RCMs, which will then enable more comprehensive evaluation of their uncertainties.

Atmosphärenmodelle, die mit Hilfe numerischer Methoden nach einer Lösung der thermohydrodynamischen Gleichungen unter bestimmten Randbedingungen über einer vorgegebenen Unterlage (Landschaft) suchen, prognostizieren Volumenmittel entsprechender Größen. Zur Validierung der Modelle benötigte experimentell erfaßte meteorologische Größen repräsentieren meist Punktwerte. Im folgenden werden theoretische Ansätze und eine experimentelle Meßmethode vorgestellt, die es ermöglichen, volumengemittelte Werte meteorologischer Größen bereitzustellen und somit zu numerischen Atmosphärenmodellen weitgehend konsistente Daten zu liefern. Die Verfahren verwenden die horizontale Ausbreitung von Schallwellen in der Atmosphärischen Grenzschicht. Die Ableitung volumenbezogener Größen erfolgt über die Invertierung von Schallparameterwerten (akustische Tomographie). / Atmospheric models, which searching by means of numerical methods after a solution of the thermodynamic equations under determined border conditions over a given underground (landscape), forecast volume averaged values of corresponding parameters. The experimental registrated values for meteorolgical parameters used for the validation of models represent usually point values. In following chapters theoretical estimations and an experimental measuring method are presented which volume averaged values of meteorolgical parameters provide and so rather firm data for numerical atmospheric models deliver. The proceedings use horizontal spreading of acoustic waves in the Atmospheric Boundary Layer. Derivation of volume averaged parameters results from the invertation of acoustic parameter values (acoustic tomography).

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.

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.

Das Schallstrahlenmodell SMART (Sound Propagation Model for the Atmosphere using Ray Tracing) simuliert die Schallausbreitung in der Atmosphäre unter der Berücksichtigung der Einflüsse einer frequenzabhängigen Schallabsorption in der Luft, eines frequenzabhängigen Bodeneinflusses sowie der Refraktion auf Grund vertikaler Gradienten im Wind- und Temperaturfeld. Die Berechnungsgrundlage für das Strahlenmodell SMART bilden dabei synthetische Temperatur- und Windprofile, welche mit dem atmosphärischen Grenzschichtmodell HIRVAC gewonnen worden. Grundlage für diese Erörterungen ist eine für das Landesamt für Natur Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein Westfalen (LANUV NRW) durchgeführte Studie in der das Schallausbreitungsverhalten in Abhängigkeit von der Jahreszeit sowie bei verschiedenen Quellhöhen bis 140 m untersucht worden ist. Es zeigten sich große Unterschiede zwischen dem Ausbreitungsverhalten ausgehend von einer hohen Quellhöhe im Vergleich zu einer bodennahen Schallausbreitung. Ebenso konnten Unterschiede bei einer tages- bzw. jahreszeitlichen Betrachtung festgestellt werden. / The sound propagation model SMART (Sound Propagation Model for the Atmosphere using Ray Tracing) simulates the sound propagation in a stratified atmosphere. It considers frequency-dependent absorption of sound in air, frequency-dependent influence of ground on absorption as well as refraction due to vertical gradients of wind and temperature. Based on simulated profiles of wind and temperature, which have been calculated by the atmospheric boundary layer model HIRVAC, sound level attenuation values are estimated using SMART. This discussion based on a study, carried out for the Landesamt für Natur Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein Westfalen (LANUV NRW), Germany. In this study, the dependence of sound propagation on seasons as well as on different source heights has been determined. The results show great differences between the sound propagation with a source at ground and different source heights above ground. Furthermore, daily and seasonaldifferences could be established.

Um niederschlagsbildende Prozesse in der Atmosphäre zu verstehen, können Probleme heute neben theoretischen und experimentellen Ans¨atzen auch mit Hilfe kleinskaliger Wettermodelle erörtert werden. Die Fragestellung dieser Arbeit konzentriert sich auf die Vorhersage von konvektivem Niederschlag in orografisch unterschiedlich gegliederten Geländeformen, um Aussagen über das Verhalten von konvektionsauslösenden Parametern in labiler Atmosphäre abhängig von der Orografie treffen zu können. Für die konvektive Wetterlage vom 7.7.2006 wurden Simulation mit der originalen Erzgebirgsorografie, einem künstlichen Bergrücken und flachem Gelände durchgeführt. Es konnte festgestellt werden, dass die Auslösung von Konvektion an Anstiege und Bergrücken gebunden ist, ihr weiterer Verlauf jedoch unabhängig von der Orografie stattfindet. / To understand the processes that produce precipitation, today problems can not only be discussed in theoretical or experimental approaches, but also with the help of mesoscale Weatherprediction-Models. This papers main question concentrates on the forecast of convective precipitation in different orographical structured areas, to gain statements about the behavoir of convection-triggering parameters in instable atmosphere in dependence on the orography. For the convective weather conditions on 7.7.2006 there have been made simulations with the original Erzgebirge-Orography, an artificial ridge and a flat area. It could be determined that the activation of convection is coupled to slopes and ridges, but the development of convective precipitation is independent from the orography.

Zur Messung von Wasserdampf stellen globale, satellitengestützte Navigationssysteme eine günstige sowie zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Alternative zu den bis jetzt etablierten Methoden dar. Zur Abschätzung des Potentials dieser Messmethode müssen die abgeleiteten Parameter auf ihre Qualität untersucht werden. Hier wird eine Sensitivitätsstudie vorgestellt, bei der GPS – Daten aus meteorologischen Bodenfeldern simuliert wurden. Ziel war die Bestimmung des maximalen Einflusses der Atmosphäre auf die GPS – Beobachtungen und eine Bewertung der bei der GPS – Prozessierung getroffenen Annahmen. Dabei wird die Laufzeitverzögerung des GPS – Signals, die sich durch den Einfluss der neutralen Atmosphäre ergibt, berechnet und mit Modellen verglichen, die eine isotrope Atmosphäre annehmen. Des Weiteren wurde die Eignung der GPS–Laufzeitverzögerungen für die Atmosphärensondierung unter verschiedenen Modellannahmen geprüft. Es zeigt sich, dass atmosphärische Strukturen wie Fronten, Konvektion, trockenere und feuchtere Gebiete in den Laufzeitverzögerungen erkennbar sind. GPS–Beobachtungen können somit wertvolle Informationen über die räumliche Struktur der Atmosphäre liefern. Es ergab sich weiterhin, dass das Modell nach Saastamoinen genutzt werden kann, um den trockenen Anteil der Laufzeitverzögerung mit guter Genauigkeit zu bestimmen. Dies ist notwendig um den feuchten Anteil von der messbaren totalen Laufzeitverzögerung abzuspalten, der für meteorologische Anwendungen benötigt wird. / Global navigation satellite systems provide new methods to measure the water vapour in the atmosphere. These systems provide highly resolved spatiotemporal observations and are an inexpensive alternative to existing measurement techniques. To assess the potential of this method the received parameters must be studied. In this article a study is presented within which GPS data were simulated with the aid of meteorological fields. The aim was the estimation of the maximum impact of the atmospheric state on the GPS observations. The initial assumptions made by the GPS data processing were investigated. The delay of the GPS signal due to the neutral atmosphere was calculated and could be compared to delays calculated by models which assume an isotropic atmosphere. In addition the application of GPS delays for atmospheric sounding was investigated. It was shown, that atmospheric structures like convection, fronts, dry and wet areas could be identified using GPS delays. GPS observations provide therefore valuable information about atmospheric structures. Furthermore, it was demonstrated that the Saastamoinen model can be used to calculate the dry delay with sufficient quality. This part is used to separate the wet part from the measured total delay. The wet delay is an important parameter for the sounding of the atmosphere and the water vapour tomography.

Die von Gegenständen abgegebene Wärmestrahlung lässt sich mit Hilfe einer Infrarotkamera messen. Die Atmosphäre zwischen dem Gegenstand und dem Objektiv der Kamera beeinflusst die gemessene infrarote Strahlung [Becker and Li (1995)]. In diesem Artikel soll dieser Einfluss der Atmosphäre auf die langwellige Strahlung quantifiziert werden. Dabei wird die Strahlung aus dem oberen Halbraum gemessen, welche den Weg in das begrenzte Sichtfeld der Kamera findet. Die Temperaturstrahlung aus den einzelnen Winkelelementen der Atmosphäre ist abhängig von den Strahlungseigenschaften der einzelnen Luftschichten. Das verwendete Messgerät vom Typ Varioscan 3021-ST bestimmt die Strahlung im Wellenlängenbereich 8 – 14 μm. Verantwortlich für die Absorption der Strahlung ist der atmosphärische Wasserdampf in der Grenzschicht. Bei geringen Entfernungen unter einem Dekameter kann der Einfluss der Atmosphäre auf die Wärmestrahlung vernachlässigt werden. Es wird versucht die Absorptionskoeffizienten für die untere Troposphäre abzuschätzen. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung der Verteilung der Absorptionskoeffizienten mit der Verteilung des atmosphärischen Wasserdampfes. Nach Lozán (2005), befindet sich die Hälfte des atmosphärischen Wasserdampfes unterhalb von 1.5 km Höhe. Weiterhin sind nur 5 % oberhalb von 5 km angesiedelt und sogar nur 1 % in der Stratosphäre anzutreffen. Also lässt sich ein großer Teil des Wasserdampfes mit diesem Messgerät erfassen, wobei ein weiterer Vorteil in der einfachen Transportfähigkeit des Messgerätes zu sehen ist. / With the help of an infrared camera, one can measure the infrared radiation emitted by all bodies. However, the Earth’s atmosphere has a significant effect on the measurements of infrared radiation. In this article, the nature and quantification of these atmospheric effects will be discussed. Therefore we measure the radiation from the upper half space, which is coming to the camera during their field of view. The measurement of thermal radiation from the separate angels of the atmosphere depends on the properties of radiation in the different layers of the Earth’s atmosphere. The measurement Varioscan 3021-ST will account for all the radiation in the wavelength from 8 to 14 μm. The water vapor in the boundary layer is accountable for the absorption of this radiation. Only on small distances under about 100 m the effect of the atmosphere on the long wave radiation is untended. The coefficients of absorption can be estimated for the lower boundary layer. One can see a very good correlation with the atmospheric water vapor. By seeing Lozán (2005), approximately half of the atmospheric water vapor is located under 1.5 km height. Only 5 % are over 5 km and just 1 % is located in die stratosphere. That way a big part of the water vapor can comprise by the measurement. Another advantage is the easy way of transportability of the measurement.