Für die Durchführung von Schallausbreitungsmessungen sind Angaben über das vertikale Profil der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit erforderlich. Hierzu wurden Temperaturmeßfühler mit einfachem Strahlungsschutz entwickelt und zusammen mit Schalenanemometern an einem Meßmast befestigt. Ein Datenlogger speichert aller Minute die Meßwerte der Temperatur und der Windgeschwindigkeit aus 6 Meßhöhen. / For sound propagation measurements ofthe temperature and wind profiles are needed. Therefore thermometers were developed with simple radiation shield and mounted together with cupanemometers at a mast. A datalogger sampled minutely the values of temperature and windspeed in 6 levels.

In einer kürzlich erschienenen Arbeit haben Greatbatch und Zhang darauf hingewiesen, daß interdekadische Oszillationen in einem Ozean-Becken-Modell gefunden werden können, falls dieses mit festgehaltenen Wärmeflüssen angetrieben wird. Diese Oszillationen haben Ahnlichkeit mit jenen, welche Delworth et al. in einem gekoppelten Ozean-Atmosphären-Modell fanden. In der vorliegenden Arbeit werden Mechanismen verglichen, die in drei einfachen Ozeanmodellen mit festgehaltenen Antrieben zu Schwingungen führen. Die Experimente mit einem drei-dimensionalen Becken-Modell werden ausführlich beschrieben. In diesen Experimenten zeigt sich der voll dreidimensionale Charakter der Schwingungen. Die Oszillationen stehen im Zusammenhang mit einer Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit von kalten Randstörungen im nordwestlichen Teil des Ozeanbeckens. Der Grund dafür ist ein anomal großes Gebiet tiefreichender Konvektion in dieser Region. Kräftige Temperaturanomalien enstehen dann infolge von anomaler Advektion. Ganz wesentlich für das Vorkommen von ungedämpften Oszillationen ist eine Verlängerung der Zeitspanne mit starker (schwacher) meridionaler Zirkulation im drei-dimensionalen Modell (\'Schleifen\'-Modell) durch einen Überkompensationsmechanismus. Letzendlich bestätigen diese Experimente die Ansicht von Winton, daß sich die Oszillationen in drei-dimensionalen Modellen nicht mit einfachen \'Schleifen\'-Modellen nachvollziehen lassen. / In a recent paper Greatbatch and Zhang reported the finding of interdecadal oscillations in an idealized ocean basin forced by constant heat flux. This oscillation has many similarities to that found by Delworth et al. in a coupled ocean-atmosphere model. We have used three simple models with fixed surface fluxes, a box model, a Welander-like loop model and a three-level three-dimensional ocean basin model, in order to compare mechanisms associated with interdecadal oscillations in these models. Our experiments with the basin model revealed the three-dimensional character of the oscillations in three-dimensional models. Self-sustained oscillations are associated with a reduction of the propagation speed of cold anomalies in the north-western corner of the model because of anomalous strong convection in that region. Then anomalous gyre circulation leads to the development of strong temperature anomalies. The extension of the period of strong (low) overturning in the three-dimensional (loop) model by some overcompensation mechanism is crucial for the occurrence of self-sustained oscillations. In conclusion we confirm Wintons view that fixed flux variability is not a meridional plane phenomenon related to loop oscillators.

The climate variability over the North Atlantic region is described in the 10-50 year band, using a 500-year integration of the Hamburg ECHAMl/LSG coupled general circulation model. In order to isolate nearly periodic components of the atmosphere and the ocean, the multichannel version of the singular spectrum analysis (MSSA) is applied to 11 components of the climate system. In doing so the main focus is on the turbulent exchange between the two subsystems. One interdecadal oscillation of the system ocean and atmosphere is detected with a period of about 18 years. The associated anomalies of sea level pressure (SLP) are situated east of Newfoundland while these of the geopotential height at 500 hPa are slightly shifted to the East. Both the fields undergo a primarily standing oscillation. The sea surface temperature (SST) and the sub surface temperature anomalies have a large extension along the 40° N latitude circle with most of their variability south of Newfoundland. lt is found that the SST anomaly is primarily generated by the temperature advection in the upper ocean layer which is coupled to the Subpolar Gyre strength and Ekman pumping vertical velocity. Both the processes are forced by the atmosphere. In a further analysis applied only to the SST and the Geopotential height at 500 hPa over the whole Northern Hemisphere this 18 year mode was also isolated. The modes obtained by the local and hemispheric analyses are well correlated both in time and space, suggesting a more active role of atmosphere than of the ocean, in addition a strong modulation of the amplitude of the oscillation due to local processes over the North Atlantic was detected. / Die Klimavariabilität über dem Nordatlantik wird anhand einer 500 Jahre Integration des Hamburger gekoppelten Klimamodels ECHAMl/LSG untersucht. Um periodische Komponenten in Ozean und Atmosphäre zu isolieren, wird die MSSA ('multichannel singular spectrum analysis') auf 11 Komponenten des Klimasystems angewandt. Bei den Analysen wird besonderes Augenmerk auf den turbulenten Austausch zwischen beiden Subsystemen gelegt. Es kann eine Oszillation des gekoppelten Systems mit einer Periode von etwa 18 Jahren detektiert werden. Die Anomalie des Bodendrucks weist ihre maximale Amplitude östlich von Neufundland auf, während die Anomalie des 500 hPa Geopotentials leicht östlich dazu verschoben ist. Die Anomalie der SST zeigt ihre größte Variabilität südlich von Neufundland. Diese wird im wesentlichen durch die Temperaturadvektion in der oberen Ozeanschicht generiert, welche im wesentlichen an den subpolaren ozeanischen Wirbel sowie an das 'Ekman pumping' gekoppelt ist. Beide Prozesse werden durch die Atmosphäre angetrieben. In einer weiteren Analyse, in der die MSSA auf die SST und das 500 hPa Geopotential der gesamten nördlichen Hemisphäre angewandt wird, kann ebenfalls ein Oszillation von 18 Jahren detektiert werden. Diese Mode korreliert räumlich und zeitlich gut mit dem der lokalen Analyse über dem Nordatlantik, welches auf ein aktivere Rolle der Atmosphäre hinweist. Die starken Unterschiede der Amplitudenmodulation könnten durch lokale Prozesse bedingt sein.

Modem measurement methods ofthe surface turbulent fluxes (STF) of heat, moisture and momentum in the near surface atmospheric layer by the eddy correlation method and their calculation, relay on the validity of the similarity theory of Monin-Obukhov, which requests stationarity and horizontal homogeneity. Experimental data taken at specially selected sites allowed to develop this concept. Recently performed experiments, purposely conducted in non-ideal conditions showed an underestimation ofthe STF values. To systematise this effect it is suggested to parameterize such underestimation as the influence of inhomogeneity and nonstationarity of the landscape and the atmosphere around the point of observation. This scheme might prove to be useful for the design of new validation experiments in non-ideal terrain. / Modeme Meßmethoden zur Erfassung der turbulenten Oberflächenflüsse für fühlbare und latente Wärme sowie Impuls mit Hilfe der Eddy-Korrelations-Methode basieren für die bodennahe Grenzschicht auf der Monin-Obukhov-Turbulenztheorie, die stationäre und horizontal homogene Verhältnisse voraussetzt. Über speziell ausgewählten Oberflächen wurde dieses Konzept häufig mit Erfolg überprüft. Experimente jedoch, die gezielt unter inhomogenen Verhältnissen durchgeführt werden, zeigen oft eine Unterschätzung der turbulenten Oberflächenflüsse. Es wird vorgeschlagen, diese Unterschätzungen als einen Einfluß inhomogener Umbegungsbedingungen und instationärer atmosphärischer Prozesse zu interpretieren und zu systematisieren. Dieses Schema kann dazu beitragen, eine neue Art von Validierungsexperimenten unter natürlichen Verhältnissen einer inhomogenen Umgebung zu entwerfen.

Die lange Lebensdauer und die hohe Intensität der Wirbelschleppen landender Großraumflugzeuge kann zu einer Gefährdung des nachfolgenden Verkehrs führen. Zur Vorhersage einer gefährdungsfreien Nutzungszeit der Landebahn, nach der die Staffelungsabstände der landenden Flugzeuge bestimmt werden, dient ein Wirbelschleppenwarnsystem. Ein wesentlicher Teil dieses Warnsystems ist die Vorhersage des quer zur Landebahn wehenden Windes. Dafür wird bisher ein auf Persistenz beruhendes Verfahren eingesetzt. Die vorliegende Arbeit zeigt, daß durch Verwendung eines autoregressiven Modells die Querwindprognose verbessert werden kann. Dazu werden die Meßdaten analysiert und die Modellparameter geschätzt. Der Einsatz der AR Prognose im Wirbelschleppenwarnsystem führt im Vergleich zur bisherigen Methode zu längeren Nutzungszeiten und vermeidet das Auftreten von Diskontinuitäten (Sprüngen) in der Vorhersage. Besonders durch letzteres wird die Akzeptanz des Warnsystems bei den Fluglotsen verbessert.

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.

Simulations alternatively assuming a landscape with and without urbanization plus open-cast mining were performed with a non-hydrostatic model. lt is examined whether the atmospheric response to landuse changes is sensitive to the direction of the geostrophic wind. The results of simulations with the same geostrophic wind direction show that except for the cloud and precipitating particles the daily domain-averages of the variables of state hardly differ for the different landscapes. Nevertheless, the local weather may be affected appreciably over and downwind of the altered surfaces. The significant differences in the cloud and precipitating particles, however, are not bound to the environs of the landuse changes. Generally, the most significant differences occur for the cloud and precipitation particles, the soil wetness factors and the vertical component of the wind vector. The latter changes strongly influence the cloud and precipitation formation by the interaction cloud microphysics-dynamics. The results also indicate that for most of the quantities the local magnitude of the atmospheric response changes for the various directions of the geostrophic wind. However, the differences of the domain-averaged 24h-accumulated evapotranspiration are similar for all geostrophic wind directions. / Um zu untersuchen, ob die atmosphärische Antwort auf Landnutzungsänderungen sensitiv zur Richtung des geostrophischen Windes ist, wurden Simulationen durchgeführt, bei denen alternativ eine Landschaft mit und ohne Urbanisierung plus Tagebauten angenommen wurde. Die Simulationsergebnisse zeigen, daß - außer für Wolken- und Niederschlagspartikel - die täglichen Gebietsmittelwerte der Zustandsvariablen sich kaum für die beiden Landschaften unterscheiden. Trotzdem kann das lokale Wetter merklich über und im Lee der Oberflächen mit veränderter Landnutzung beeinflußt werden. Die signifikanten Differenzen in den Wolken- und Niederschlagspartikeln sind jedoch nicht an die unmittelbare Nähe der Landnutzungsänderungen gebunden. Generell treten die signifikanten Unterschiede bei den Wolkenund Niederschlagspartikeln, der Bodenfeuchte und der Vertikalkomponente des Windvektors auf. Letztere beeinflussen stark die Wolken- und Niederschlagsbildung durch die Wechselwirkung Wolkenmikrophysik-Dynamik. Die Ergebnisse zeigen außerdem, daß lokal der Grad der atmosphärischen Reaktion für die meisten Größen bei unterschiedlicher Richtung des geostrophischen Windes anders ausfällt. Die Differenzen der Gebietsmittelwerte der 24h-akkumulierten Evapotranspiration gleichen sich jedoch für alle Richtungen des geostrophischen Windes.

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.

Numerical experiments assuming land-use distributions of different heterogeneity of wet and dry surfaces were performed on a cloudy day in spring with a calm wind to examine their influences on the domain-averaged fluxes as well as on the distribution of the fluxes within the domain. The results substantiate that, for ]arge heterogeneity, i.e., small patches, the distribution of the patches plays no role in the magnitude of the atmospheric fluxes. For !arger patches, however, the domain-averaged latent heat-fluxes depend appreciably on both the heterogeneity as well as on the fractional coverage by the land-use types. On the average, for heterogeneous conditions, the prevailing land-use type governs the fluxes. Nevertheless, no exact linearity between the fractionally coverage of the two land-use types and the resulting fluxes exists. Discontinuities in the fluxes which lead to the non-linear behaviour of the domain-averaged fluxes occur at the border between two !arger areas of extremely different characteristics, namely, grass (wet, cool) and sand (dry, warm). Three different patterns of behaviour are found for the temporal development of the differences in the domain-averaged fluxes which depend on both the heterogeneity and the pattern of the land use. / Numerische Experimente, bei denen unterschiedlich heterogene Landnutzungsverteilungen trockener und feuchte Flächen angenommen werden, wurden für einen wolkigen Schwachwindtag im Frühjahr durchgeführt. Die Ergebnisse belegen, daß bei großer Heterogenität, d.h. kleinen Flächen, deren Anordnung keine Rolle spielt. Bei großen Flächen jedoch hängen die Gebietsmittelwerte der latenten Wärmeflüsse merklich sowohl von der Heterogenität als auch von dem Flächenanteil der Landnutzung ab. Im Mittel beherrscht der vorherrschende Landnutzungstyp die Flüsse. Dennoch ist kein exaktes lineares Verhalten zwischen dem Flächenanteil der Landnutzung und den resultierenden Flüssen vorhanden. Diskontinuitäten in der Verteilung der Flüsse, die letztendlich zu der Nichtlinearität der Gebietsmittelwerte der Flüsse führen, treten an den Grenzen der größeren Flächen unterschiedlicher Oberflächencharakteristika auf, in dieser Studie Gras (feucht, kühl) und Sand (trocken, warm). Drei unterschiedliche Verhaltensweisen im zeitlichen Verlauf der Differenzen der Gebietsmittelwerte der Flüsse wurden gefunden, die vom Muster und der Heterogenität der Landnutzung abhängen.

Die vorgestellte Methode der akustischen Tomographie (Simultane Iterative Rekonstruktionstechnik) und ein spezieller Auswertungsalgorithmus können flächengemittelte Werte meteorologischer Größen direkt bereitstellen. Somit werden zur Validierung numerischer mikroskaliger Atmosphärenmodelle weitgehend konsistente Daten geliefert. Das Verfahren verwendet die horizontale Ausbreitung von Schallstrahlen in der atmosphärischen Bodenschicht. Um einen allgemeinen Überblick zur Schallausbreitung unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen zu erhalten, wird ein zweidimensionales Schallausbreitungsmodell genutzt. Von Messungen der akustischen Laufzeit zwischen Sendern und Empfängern an verschiedenen Punkten in einem Meßfeld kann der Zustand der durchquerten Atmosphäre abgeschätzt werden. Die Ableitung flächengemittelter Werte für die Schallgeschwindigkeit und der daraus deduzierten Lufttemperatur resultiert aus der Inversion der Laufzeitwerte für alle möglichen Schallwege. Das angewandte zweidimensionale Tomographiemodell mit geradliniger Schallstrahlapproximation stellt dabei geringe Computeranforderungen und ist auch während des online-Betriebes einfach zu handhaben. / The presented method of acoustic tomography (Simultaneous Iterative Reconstruction Technique) and a special algorithm of analysis can directly provide area averaged values of meteorological quantities. As a result rather consistent data will be delivered for validation of numerical atmospheric rnicro-scale models. The procedure uses the horizontal propagation of sound waves in the atmospheric surface layer. To obtain a general overview of the sound propagation under various atmospheric conditions a two-dimensional ray-tracing model is used. The state of the crossed atmosphere can be estimated from measurements of acoustic travel time between sources and receivers on different points in an tomographic array. Derivation of area averaged values of the sound speed and furthermore of air temperature results from the inversion of travel time values for all possible acoustic paths. Thereby, the applied straight-ray two-dimensional tomographic model is characterised as a method with small computational requirements and simple handling, especially, during online working.