Using the spaced receiver method in the low-frequency (LF) range, lower E-region ionospheric drifts are measured at Collm Observatory, Germany since several decades. These drifts are interpreted as upper mesospheric winds at the reflection height of the used amplitude modulated LF radio waves, the latter being measured since 1983 using travel time differences between the ground wave and the ionospherically reflected sky wave within a small sideband range near 1.8 kHz above and below the carrier frequency. One regular feature of midlatitude upper mesosphere winds is the quasi twoday wave (QTDW), known as a wavenumber 3 or 4 wave in the middle atmosphere, usually occurring as one or more bursts during the summer season at midlatitudes. The OTDW bursts, as measured in LF winds, shows substantial decadal and interannual variability. Comparison with the background winds show that the onset of QDTW bursts is found near maximum values of the vertical wind shear, and maximum QTDW amplitudes are measured, on average, about one week after the maximum wind shear. This supports the theory that the QTDW is forced by instability of the summer mesospheric wind jet. / Am Observatorium Collm werden seit mehreren Jahrzehnten Langwellenwindmessungen in der unteren ionosphärischen E-Schicht durchgeführt. Die zugehörige Reflexionshöhe wird, auf der Basis von Laufzeitdifferenzmessungen zwischen der Raum- und Bodenwelle, seit 1983 ebenfalls registriert. Eines der regelmäßig beobachteten Phänomene ist die quasi 2-Tage-Welle, die als eine planetare Welle der Wellenzahl 3 oder 4 bekannt ist. Diese Welle erscheint in mittleren Breiten in einem oder mehreren Schüben im Sommer. Nach den Messungen am Collm besitzt die Welle eine deutliche Variabilität von Jahr zu Jahr. Vergleiche mit dem zonalen Grundwind zeigen, dass das Auftreten von Maxima der 2-Tage-Welle in vielen Fällen mit erhöhter vertikaler Windscherung in Verbindung steht, so dass im langzeitlichen Mittel maximale Wellenamplituden einige Tage nach dem Auftreten maximaler Windscherung zu finden sind. Dies unterstützt die These, dass die quasi 2-Tage-Welle durch barokline Instabilität des sommerlichen Mesosphärenjets angeregt wird.

Nachdem der weitere Ausbau der Stromerzeugung aus Windenergie an Land an seine Grenzen stösst, rücken die küstennahen Bereiche der Seegebiete in den Mittelpunkt der Planungen. Aufgrund seiner Komplexität sind die Vorhersagen der relevanten Größen im Zeitbereich bis 48 Stunden in diesen Gebieten oftmals ungenau. Mittels systematischer Vergleiche von Prognosen und Messreihen meteorologischer Größen wurde untersucht, ob sich charakteristische Muster der Abweichung der Windprognose von der Messung in Abhängigkeit meteorologischer Größen und Prognosezeit finden und sich die Abweichungen verringern lassen. / After the further development of the generation of current by wind energy on land areas is pushed to the borders the near-shore areas of the see regions moves into the center of plannings. Because of the complex behavior of such areas the prediction of the required meteorological values often becomes uncertain within the forecast range of 48 hours. Measurements of meteorological values and forecasts were compared systematically. By means of this comparisons it was examined, whether characteristical pattern of the deviation between measurements and forcasts, dependent on other meteorological values and forecast time, can be found. The possibility to reduce this deviations was verified.

Long-period oscillations in the period range between 2-30 days, interpreted as planetary wave (PW) signatures, have been analysed using daily upper mesosphere/lower thermosphere wind measurements near 90 km over Collm (52°N, 15°E) in the time interval 1980-2005. Strong interannual and interdecadal variability of PW are found. Since the 1990s, a tendency for larger zonal amplitudes compared to meridional ones, has been observed, thus long-term trends are visible, which are positive in the zonal component, but negative in the meridional component. The change appears in a stepwise manner, so that a sudden change of the mean is visible rather than a linear trend. The behaviour of the upper middle atmosphere winds is similar to analysed wave changes in the stratosphere, indicating a coupling of the atmospheric layers through planetary waves. / Mit Hilfe von täglichen Windmessungen im Mesopausenbereich bei 90 km werden langperiodische Schwankungen im Zeitbereich von 2-30 Tagen untersucht, die als das Signal planetarer Wellen gelten. Im Zeitraum 1980-2005 werden deutliche Schwankungen von Jahr zu Jahr als auch langfristige Trends gefunden. Einer Zunahme der zonalen Komponente der Schwankungen seit 1990 steht eine Abnahme der meridionalen Komponente gegenüber. Diese Änderung erfolgt in rascher Form, so dass sich die Änderung der Zirkulation im Mesopausenbereich als klimatische Verschiebung, und weniger als Trend darstellt. Das Verhalten der Dynamik im Mesopausenbereich korrespondiert mit möglichen Änderungen klimatischer Parameter in anderen Schichten der Atmosphäre und weist auf eine Kopplung atmosphärischer Schichten untereinander hin.

Die mittlere Windgeschwindigkeit kann aus den Komponenten der Geschwindigkeit (Vektorwind) und aus dem Windweg eines Schalensternanemometers (Skalarwind) berechnet werden. Diese beiden Geschwindigkeiten werden verglichen, indem große Datensätze von Windmeßreihen hoher Auflösung, die mittels Ultraschallanemometer gewonnen wurden, benutzt werden. Der Skalarwind ist verursacht durch die Turbulenz immer größer als der Vektorwind, die Abweichungen betrugen bis zu 4%. Durch Benutzen von Normalverteilungen für die Komponenten des Windes wird eine analytische Lösung für diesen systematischen Fehler angegeben. Windmessungen mit einem Schalensternanemometer zeigen einen zweiten systematischen Fehler, das sogenannte Overspeeding. Dieses Verhalten wird durch ein einfaches Modell beschrieben. / Mean wind velocity can be calculated from the components of velocity (vector wind) and the wind way of a cup anemometer (scalar wind). The wind velocities resulting from different definitions of mean wind velocities are compared by using large dataset of fast-response wind measurements with an ultrasonic anemometer. It is found that the scalar wind is always greater then the vector wind up to 4% owing to the turbulence. Using Gaussian normal distribution for the components of wind velocity, an analytical solution is given for this systematic error. Wind velocity measured with cup anemometer shows second systematic error called overspeeding which is described by a simple mathematical model.

Hier werden einige Ansätze dargestellt, um das Schadenspotential von Stürmen abzuschätzen. Dabei sollen auch Aussagen zur Größenordnung des Schadens bei sehr unwahrscheinlichen Ereignissen gemacht werden. Die Naturgefahr Sturm wird getrennt nach außertropischen Zyklonen und Tornados betrachtet. Im ersten Fall werden empirische Verteilungsfunktion und mittels einer Markov Methode erzeugte synthetische Windreihen zur Abschätzung extremer Windgeschwindigkeiten genutzt. Eine Abschätzung der Böen wird durchgeführt und der Schaden mit Hilfe einer einfachen Beziehung zwischen Böengeschwindigkeit und Schaden ermittelt. Für die Abschätzung des Schadens im Falle eines Tornados werden von Dotzek angegebene Wahrscheinlichkeiten für Tornados in Deutschland und die Definition einer Tornadointensitätsskala als Schadensfunktion verwendet. / Some conceptions were explained, to estimate the risk of storm caused damages. The amount of damage by unlikely events is assessed. The natural hazard storm is considered separately for extratropical cyclones and tornadoes. Empirical distribution functions and synthetic series of wind speeds generated by a Markov chain model are used to derive the extreme wind speeds for cyclones. An estimation of gust speeds are performed and a simple relationship between gust speed and damage is applied. The likelihood of tornadoes to occur in Germany provided by Dotzek and the definition of an intensity scale are used to estimate the damage in the case of tornadoes.

Acoustic travel time tomography is presented as an experimental technique for remote monitoring of spatially averaged meteorological quantities, such as the virtual air temperature and the horizontal wind speed. This ground based remote sensing technique uses the nearly horizontal propagation of sound waves in the atmospheric surface layer. Here the acoustic travel time tomography was applied by measuring the travel time at defined propagation paths between several sound sources and receivers. The resulting sound speed was used to obtain estimates of the meteorological parameters. Several measuring campaigns were carried out to compare the acoustically derived data with conventional systems. The results of a cross validation during a field experiment in autumn 2000 are presented, where receivers at different heights above the ground were used. / Die Akustische Laufzeittomographie wird als ein Verfahren zur Fernerkundung räumlich gemittelter Größen, wie der virtuellen Temperatur und der horizontalen Windgeschwindigkeit, vorgestellt. Dieses bodengebundene Fernerkundungsverfahren beruht auf der annährend horizontalen Schallausbreitung in der atmosphärischen Grenzschicht. Das hier angewendete Verfahren der Laufzeittomographie beruht auf der Bestimmung der Ausbreitungszeit von Schallwellen zwischen mehreren Schallsendern und -empfängern. Die daraus abgeleitete Schallgeschwindigkeit liefert eine Information über die interessierenden meteorologischen Parameter. Eine Reihe von Feldexperimenten wurde durchgeführt mit dem Ziel, die akustisch bestimmten Größen mit denen konventioneller Verfahren zu vergleichen. Hier werden die Ergebnisse eines Vergleiches im Herbst 2000 präsentiert, bei dem die Schallempfänger in unterschiedlichen Höhen über dem Boden angebracht wurden.

Negativ empfundene Schallereignisse, d.h. Lärm, sind nach wie vor eines der bedeutendsten Umweltprobleme besonders in urbanen Räumen. Die Ausbreitung von Schallwellen findet, abgesehen von Wechselwirkungen mit dem Boden, in der Atmosphäre statt und wird durch deren Struktur beeinflusst. Eine maßgebliche Rolle spielt dabei die raum-zeitliche Variabilität der meteorologischen Größen Temperatur, Windvektor sowie Luftfeuchtigkeit, die durch Brechung, Streuung und Absorption zu einer verstärkten oder verringerten Schallimmission an einem Ort führen kann. Im Rahmen einer Schülerarbeit (“Besondere Lernleistung”) wurden Schallpegelwerte an mehreren Messpunkten auf dem Gelände des Leipziger Instituts für Meteorologie bei verschiedenen Atmosphärenzuständen aufgenommen. Erste Auswertungen der Messergebnisse werden in dieser Studie vorgestellt. / Noise is one of the most important environmental problems especially in urban regions. The propagation of sound waves takes place in the atmosphere, apart from interactions with the ground surface, and is influenced by the atmospheric structure. Thereby, the spatial and temporal variability of meteorological quantities like temperature, wind vector and air moisture leads to refraction, scattering and absorption and thereupon to an increased or decreased noise exposure. Within the scope of a pupil’s work sound level measurements were carried out on different places at the site of Leipzig Institute of Meteorology during variable atmospheric conditions. First results are presented in this study.

Ausgangspunkt für die Berechnung klimatologisch gemittelter Windgeschwindigkeiten ist die mesoskalige Simulation atmosphärischer Strömungsereignisse, die von der geostrophischen Windgeschwindigkeit gesteuert werden. Der geostrophische Wind wird in 8 Richtungssektoren und Betragsklassen zu je 5m/s eingeteilt, so daß für jeden Sektor bis zu 7 Simulationen auszuführen waren. Die Simulationen wurden mit dem nicht-hydrostatischen Modell GESIMA für eine adiabatisch geschichtete Atmosphäre durchgeführt. Die statistische Mittelung der berechneten Werte erfolgte mit Hilfe einer 10-jährigen Häufigkeitsverteilung des 850hPa-Windes der Radiosondenmessungen von Prag. Ein Vergleich mit den Beobachtungswerten einiger Bodenstationen ergibt Abweichungen bis zu lm/s über höheren Bergen. / Starting from the classification of the geostrophic wind into 8 sectors each of them splitted up into 7 classes by 5m/s, simulations with the non-hydrostatic mesoscale atmospheric model GESIMA were performed assuming adiabatic stratification of the atmosphere for each class. The climatologically averaged wind velocities are obtained by the folding with a ten-years frequency distribution of the geostrophic wind measured by the radio sonde station of Prague. Wind velocities observed at some surface stations indicate, that the simulated values can deviate from them by up to lm/s on high mountains.

Results of total reflection mesopause wind measurements, carried out at the Collm Observatory of the University of Leipzig in 1994 are presented with special regard to the CRISTA period in November 1994. Height-time cross-sections of the prevailing wind and the semidiumal tidal amplitude and phase show the variation of these parameters during the course of the year. In autumn and early winter oscillations of the prevailing wind with a period of about 2 - 3 weeks are found. They are partly due to an overshooting of the parameters while the circulation adjusts to its winter conditions. A comparison of the zonal prevailing wind in 1994 with the values measured since 1982 shows a solar cycle dependence. / Ergebnisse von Windmessungen in der Mesopausenregion mit Hilfe der Reflexion von Funkwellen, die am Observatorium Collm der Universität Leipzig durchgeführt wurden, werden vorgestellt, wobei besonderes Gewicht auf die Zeit der CRISTA-Satellitenmission im November 1994 gelegt wird. Höhen-Zeit-Schnitte des Grundwindes und der Amplitude des halbtägigen Gezeitenwindes zeigen die Änderung dieser Parameter im Lauf des Jahres. Im Herbst und frühen Winter werden Oszillationen mit Perioden von 2 - 3 Wochen festgestellt. Diese sind zu Teil durch ein Überschießen bedingt, daß mit der Anpassung an die Winterbedingungen zusammenhängt. Ein Vergleich des zonalen Grundwindes 1994 mit des Werten aus anderen Jahren gibt Hinweise auf eine Abhängigkeit von der solaren Aktivität.

Beobachtete und über parametns1erte Beziehungen berechnete Windreibungs-koeffizienten werden für die Zeit eines Sturms, der in der Zeit zwischen dem 08.07.96 und 11.07.96 an der Ostseeküste tobte, verglichen. Die innerhalb der ufernahen Zone aus Windprofildaten ermittelten Reibungskoeffizienten lassen sich mit weniger als 20% Fehler auch über vorliegende parametrisierten Beziehungen aus einer standardisierten Windgeschwindigkeitsmessung berechnen. / A comparison between observed and calculated wind drag coefficients were investigated during a storm with wind speeds up to 20 m/s at the Baltic Sea coast between 3th July, 1996 and 1 lth July, 1996. The drag coefficient which was determined from observed wind speeds from wind profile measurements can also be predicted on behalf of parameterised relations with a random error less then 20%.