Global analyses of gravity wave activity in the stratosphere are presented for the first time using German Low Earth Orbit (LEO) satellite CHAMP. Temperature profiles obtained from CHAMP/GPS radio occultations are first compared with ground based instruments. In general, good agreement is found between these different techniques. Monthly mean Ep values of potential energy, Ep values, being a measure of gravity wave activity, which is estimated with radiosonde observations are compared with CHAMP/GPS data and found that radiosonde observed Ep values are higher than those estimated with radio occultations. There exists a strong diurnal variation of gravity wave activity. From the global morphology of gravity wave activity, large values Ep are noticed even at mid latitudes during winter months besides the tropical latitudes but not during equinoxes suggesting that wave activity, especially at stratospheric heights, is not only modulated due to orography (mountain/lee waves) but mainly depends on seasonal variations at respective latitudes. Latitudinal and vertical variation of gravity wave activity reveals the existence of large Ep values below 25 km and low values in between 25 and 30 km in all the seasons near equator. During southern hemisphere winter, large values are noticed. During equinoxes, these values are nearly same between northern and southern hemispheres (NH and SH) at mid-latitudes. During the months of solstices, Ep distribution involves a larger hemispheric asymmetry at middle and higher latitudes. Large values of Ep are noticed at SH polar latitudes during Sep-Oct months and the latitude range is wider (±300° latitude in both the hemispheres) with large Ep values in all the seasons except winter. / Zum ersten Mal werden globale Analysen der Schwerewellenaktivität, bestimmt unter Verwendung des CHAMP LEO-Satelliten, vorgestellt. Temperaturprofile der CHAMP/RO-Okkultationen werden zunächst mit bodengestützten Messungen verglichen. Generell ist die Übereinstimmung gut. Monatliche Mittelwerte der potentiellen Energie Ep, die als Maß für Schwerewellenaktivität gilt, wurden aus Radisonden- und CHAMP-Messungen bestimmt, wobei die CHAMP-Daten höhere Werte lieferten. Es existiert eine deutlicher Tagesgang von Ep. Die globale Morphologie der Schwerewellenaktivität zeigt hohe Werte nicht nur am Äquator, sondern auch in mittleren Breiten, dies aber nicht während der Äquinoktien. Dies weist darauf hin, dass Schwerewelleaktivität nicht nur orographisch angetrieben ist, sondern in verschiedenen Breiten vom Jahresgang abhängt. Die Breiten- und Höhenabhängigkeit der Schwerewellenaktivität zeigt zwischen 25 und 30 km niedrige, unterhalb von 25 km hohe Werte von Ep am Äquator. Während des Winters in der Südhemisphäre sind die Werte hoch, während zu den Äquinoktien hohe Werte in mittleren Breiten beider Hemisphären zu finden sind. Während der Solstitien zeigt die Ep-Verteilung stärkere hemisphärische Asymmetrie. Hohe Werte von Ep werden während des südpolaren Frühjahrs gemessen. Der äquatoriale Bereich hoher Varianz ist in allen Jahreszeiten außer im Winter breit (±300°).

Der Strahlungstransport (ST) in hoher Vegetation kann unter bestimmten Voraussetzungen analytisch beschrieben werden. Es sollen sogenannte Zweistrom-Modelle zur Simulation des spektralen aktinischen Flusses (AF) sowie der Photolyseraten (PR) verschiedener Spezies in Vegetation eingesetzt werden. Unter Vorgabe von Vegetationseigenschaften (Blattstreuung, Blattnormalenverteilung, Blattflächendichte etc.) können verschiedene Zweistrom-Verfahren eingeführt werden, die den Strahlungstransport vertikal aufgelöst modellieren. Dabei führt für den untersuchten Laub-Mischwald (hauptsächlich Buchen) bereits die einfache Annahme rein horizontal ausgerichteter Blätter (rein vertikale Blattnormalen) zum Erfolg: Der gemessene abwärtsgerichtete spektrale AF kann zufriedenstellend reproduziert werden, sofern bedeutsame Vegetationslücken im Kronenbereich unberücksichtigt bleiben, durch die diffuses und direktes Licht ohne Wechselwirkung mit der Vegetation zum Waldboden vordringen kann, um so den unteren Vegetationsbereich zu erhellen. / The radiation transfer in vegetation can be desribed analytically if certain assumptions are introduced. So-called two-stream methods for the simulation of the actinic flux (AF) and photolysis rates (PR) of several species in vegetation are considered. By the input of vegetation properties (leaf scattering, leaf normal distribution, leaf area density etc.) variants of two-stream methods can be introduced, which model the vertically resolved radiation field. In the case of a deciduous forest the assumption of only horizontal oriented leaves (only vertical leaf normals) already leads to good results: The measured downward spectral AF can be reproduced satisfactorily as long as significant gaps in the vegetation canopy can be left out of consideration which directly lead to an illumination of the lower layers of the vegetation.

Sudden phase anomalies (SPA) of low-frequency radio waves reflected from the D-region of the lower ionosphere exclusively occur during the daylight hours when rapid changes in the ionospheric reflection height take place. They lead to abrupt changes in the linear superposition of the ground wave and the sky wave and consequently in the total field strength of the received signal. Such sudden rapid reflection height changes are usually connected with shortperiod (minutes to hours) enhancements of electron density in the lower ionosphere following solar flares, which sometimes are associated with a dramatically increase of solar X-ray radiation. This additional wave radiation can penetrate into the lower ionosphere and intensify the D region ionisation. The mean level and the number of solar X-ray bursts varies with the 11-year sunspot cycle, so that statistically investigations of number and intensity of observed SPAs can give insight into solar-terrestrial connections concerning the upper atmosphere. At Collm Observatory, SPAs are recorded since several decades. These records are combined to an index characterising the monthly mean disturbance state of the ionosphere 1983-2002. / Plötzliche Phasenanomalien (engl. sudden phase anomalies, SPA) von Langwellen, die in den Tageslichtstunden von der ionosphärischen D- Region reflektiert werden, treten auf, wenn schnelle Änderungen in der Reflexionshöhe stattfinden. Sie führen zu einer abrupten Änderung der linearen Superposition von Raum- und Bodenwelle am Beobachtungspunkt und in der Folge im Feldstärkebetrag der empfangenen Signale. Solche plötzlichen schnellen Reflexionshöhenänderungen sind gewöhnlich mit einer kurzen (Minuten bis Stunden) Zunahme der Elektronendichte in der unteren Ionosphäre verbunden und nach Sonneneruptionseffekten zu beobachten, die mit einer erheblichen Erhöhung der emittierten kurzwelligen Röntgenstrahlung einhergehen. Das mittlere Strahlungsniveau und die Anzahl von Bursts variiert mit dem 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus, so dass statistische Untersuchungen von Anzahl und Intensität der SPA- Effekte spezielle Hinweise auf solar-terrestrische, die obere Atmosphäre betreffende Verbindungen geben können. An der Außenstelle Observatorium Collm der Universität Leipzig werden SPAs seit mehreren Jahrzehnten registriert. Sie stellen eine Datenbasis für die Jahre 1983-2002 zur Untersuchung solar-terrestrischer Beziehungen dar.

Spektralradiometermessungen (spektrale optische Dicke und Himmelshelligkeitsfunktion) unter Hochgebirgsbedingungen (Zugspitze, 2965 m) wurden zur Bestimmung der klirnarelevanten Aerosolparameter des stratosphärischen Vulkanaerosols (speziell des Pinatubo) verwendet. Die erhaltenen klirnarelevanten Aerosolparameter aus den Meßkampagnen werden mit Angaben der Aerosolklimatologien verglichen und zur Abschätzung des kurzwelligen Strahlungsforcings durch das Pinatubo-Aerosol verwendet. / Spectral radiometer measurements (spectral optical thickness and sky brightness function) under high mountain conditions (Zugspitze, 2965 m) have been used for the determination of climate-relevant aerosol parameters of the stratospheric volcanic aerosol (columnar size distribution, refractive index, phase function and asymmetry parameter - especially of the aerosol of the Pinatubo volcano eruption in 1991). The climate-relevant aerosol parameters of the measurement campaigns and their temporal change have been compared with data of the aerosol climatologies and have been used for the estimation of the short wave radiative forcing of the Pinatubo event.

Es erfolgt eine Darstellung der theoretischen Grundlagen, die für die Berechnung von optimal wachsenden Störungen nötig sind. Bei Anwendung des Projektionsoperators ist es möglich, die Anfangsstörung zu berechnen, welche die größtmögliche kinetische Energie nach Ablauf eines Optimierungsintervalls in einem vorher spezifizierten Gebiet erlangt. Die Berechnung dieser sogenannten lokalen optimalen Vektoren erfolgt für ein barotropes Modell, das um zeitunabhängige Grundströme linearisiert ist. Die lokalen optimalen Vektoren sind für Grundströme ermittelt worden, die aus einem gleitenden 10-Tages Mittel bestehen. Als Zielgebiet kam dabei der Nordatlantik-Europa Bereich zur Anwendung. Auf diese Weise war es möglich, zu untersuchen, welche Gebiete einen Einfluss auf das Störungswachstum besitzen. Dabei stellte sich heraus, dass für Optimierungszeiten größer 96 Stunden vier verschiedene Startgebiete existieren. Besonderes Interesse galt dem Transport von kinetischer Energie aus diesen Startgebieten in das Zielgebiet. Teilweise zeigte sich, dass die Energie über PNA ähnliche Strukturen in das Zielgebiet getragen wird. / Under the use of a projection operator it is possible to calculate perturbations with maximal energy growth during optimization time at some pre-chosen geographical area. The so called local optimal perturbations are computed for a barotropic model, linarized about time independent basic states. The optimal perturbations are determined for basic states consisting of 10-day running means of the daily streamfunctions. The chosen target area was the North Atlantic-European sector. In this way it was possible to find relevant \"starting regions\" leading to optimal energy growth in the target area. We found four such regions for long optimization times (> 96 hours). Thereby, the mechanisms responsible for the transport of the perturbations from the starting regions into the target area was thereby of special interest. In particular cases we found that structures similar to Pacific North America (PNA) patterns are involved in the energy transfer.

Die Modellkomponenten für parametrisierteWolkenphysik, Strahlung und Sichtweitenbestimmung im Nebelvorhersagemodell PAFOG, das kürzlich in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Wetterdienst als lokales Vorhersagesystem entwickelt wurde und für die Kurzfristprognose eingesetzt werden kann, werden vorgestellt. Die Modellphilosophie orientiert sich an einer mathematisch-physikalisch fundierten Beschreibung der beteiligten meteorologischen Prozesse, deren Einzelheiten in dieser Arbeit diskutiert werden. / This paper presents the model components for parameterized cloud physics, radiation and visibility determination as implemented in the local forecast model PAFOG. PAFOG has been recently developed in cooperation with the GermanWeather Service DWD. PAFOG can be employed for short-range forecasts of radiation fog and visibility. The philosophy of the model strongly emphasizes a mathematically and physically based formulation of the involved meteorological processes the details of which are discussed in this paper.

Die im Nebelvorhersagemodell PAFOG enthaltenen Modellkomponenten für parametrisierte Wolkenphysik, Strahlung und Sichtweitenbestimmung wurden durch Module zur Beschreibung der Interaktion mit dem Boden und der Vegetation ergänzt. Das auf diese Weise komplettierte Modellsystem PAFOG-V kann dazu verwendet werden, das lokale Auftreten von Strahlungsnebel und niedriger stratiformer Bewölkung vorherzusagen. / The paper presents an extension of the model components for parameterized cloud physics, radiation and visibility determination as implemented in the local forecast model PAFOG to include the interaction with the soil and the vegetation. The resulting forecast system PAFOG-V can be used to predict local events of radiation fogs and of low level stratiform clouds.

When L-band radio waves of space based systems such as Global Positioning System (GPS) travel trough the ionosphere and plasmasphere their ray paths are perturbed due to the free electrons. Since the last decade these integrated measurements are used to map the ionosphere for navigational and scientific investigations. In November 2001 a polar plasma convection like ionospheric event has been recognised in vertical TEC maps produced with GPS data. This event on the one hand is shortly compared with the behaviour of the Interplanetary Magnetic Field (IMF) to which it may be related according to former publications. On the other hand the 3-dimensional tomography applying also GPS data is tested on its capability to reconstruct this ionospheric event in the European sector. The different mappings of the two monitoring methods are compared. / Wenn L-Band-Radiowellen raumgestützter Navigationssysteme wie das Global Positioning System (GPS) die Ionosphäre oder Plasmasphäre durchlaufen, werden Ihre Strahlwege durch die freien Elektronen verändert. Seit dem letzten Jahrzehnt verwendet man diese integrierten Messungen, um die Ionosphäre im Interesse der Navigation und der Wissenschaft abzubilden. Am Beispiel eines Ereignisses vom November 2001 wurde eine polare Plasmakonvektion in der Ionosphäre durch vertikale TEC –Karten (Total Electron Content), die ebenfalls mit Hilfe von GPS Daten erstellt werden, abgebildet. Einerseits wurde das Ereignis der Plasmakonvektion mit dem Verhalten des Interplanetaren Magnetischen Feldes (IMF) kurz verglichen und auf ihren Zusammenhang hin untersucht. Auf der anderen Seite wurde anhand dieses Ereignisses die Methode einer über den europäischen Raum aufgespannten auf GPS–Daten basierenden 3-dimensionale Tomographie auf ihre Reproduzierbarkeit hin geprüft. Die zwei verschiedenen Methoden des Ionosphärenmonitorings werden verglichen.

In dieser Arbeit werden verfügbare Normalwerte (Zeitraum 1951 bis 1980) aufbereitet und eine Karte der mittleren jährlichen Niederschlagssummen für den Raum Leipzig entwickelt. Darüber hinaus erfolgen spezielle Auswertungen der in den Jahren 1992 bis 1998 an drei Standorten durchgeführten zehnrninütlichen Niederschlags- und Windmessungen. Niederschlags-Windrosen und Häufigkeitsverteilungen der Niederschlagsintensitäten werden gezeigt und diskutiert. / In this work available normal values (period 1951 to 1980) are edited and a card of the middle annual precipitation totals for the area of Leipzig is developed. In the another part of this study the ten minutes measurements of precipitation and wind from three stations in Leipzig in the years 1992 to 1998 are analysed. Precipitation wind-roses and frequency distributions of rain intensities are shown and discussed.

From daily analyses of the prevailing wind at the mesopause region (about 95 km) oscillations in the period range of the so-called quasi 16-day wave are obtained that can be interpreted as the signal of these planetary waves in the wind field. Investigating these waves for the period of 1980 through 1997 in connection with the prevailing wind gives insight to the behaviour of planetary wave-mean flow interaction in the upper middle atmosphere. lt is found that in winter the planetary wave activity in the mesopause region is positively correlated with the zonal mean westerly wind, and negatively correlated with its mean vertical gradient. This means that strong planetary wave activity in the mesopause region is not necessarily connected wiht strong wave activity in the lower atmosphere, but rather is the result of incomplete wave breaking below the measuring level. / Aus täglichen Analysen des mittleren Winds im Mesopausenbereich (etwa 95 km Höhe) werden Oszillation im Periodenbereich der sogenannten quasi 16-Tage-Welle bestimmt, die als Signal dieser Welle angesehen werden. Es wird der Zusammenhang dieser Oszillationen mit dem mittleren Wind untersucht. Es zeigt sich, daß starke Wellenaktivität mit größerem (negativen) Gradienten, aber auch mit größerer mittlerer Windgeschwindigkeit verbunden ist. Dies bedeutet, daß die Variabilität der Aktivität planetarer Wellen im Mesopausenbereich nicht notwendigerweise diejeniger planetarer Wellen in der unteren Atmosphäre widerspiegelt, sondern ein Maß dafür ist, inwieweit die Energieübertragung der Wellen auf den Grundstrom im Mesopausenbereich bereits abgeschlossen ist.