Der Einfluss interner Schwerewellen (IGW) auf die untere Atmosphäre bei stabiler Schichtung wurde mittels einer Kombination zweier akustischer Fernerkundungsmethoden untersucht. Im Juli 2015 wurde in Zvenigorod, Russland ein gemeinsames Experiment durchgeführt, an welchem sowohl eine Arbeitsgruppe des Oboukhov Institute of Atmospherie Physics (OLAP) als auch des Leipziger Instituts für Metrologie (LIM) teilnahmen. Bei der Feldkampagne wurde die sogenannte acoustic pulse sounding method des OLAPs und die aktustische Laufzeittomographie des LIM eingesetzt, SODAR und RASS Messungen kontrollierten dabei ständig den Zustand der Atmosphäre bezüglich der Wind- und Temperaturprofile. Die internen Schwerewellen wurden anschließend mittels Kreuzkorrelationsanalyse der Zeitserien der gemessenen akustischen Parameter (hier:Laufzeiten) detektiert. Die Empfängersysteme waren an verschiedenen Stellen im Messgebiet verteilt. Deswegen konnten zwei verschiedene Detektionsmethoden angewendet werden. Erstens die Detektion entlang gebrochener Schallstrahlen in der Nähe deren Umkehrpunkte zwischen 50m und 100m und zweitens die Detektion von nahezu horizontal verlaufenden Schallstrahlen welche Sender/Empfänger-Paare verbinden. Somit konnten sowohl vertikale als auch horizontale Informationen über den Zustand der Atmosphäre während des Experiments erfasst werden.

Deep convective clouds frequently produce very intense precipitation which may lead to localised flooding, depending on the duration of the event. Because of its nature, the lifetime of a convective cell is limited by a number of factors, one of which is characterised by the reduction of available convective potential due to compensating subsidence in the vicinity of the cloud. This paper addresses the estimation of the upper limit of convectively generated precipitation for given atmospheric initial conditions. The presented idealised one-dimensional cloud model is based on the principle of balanced mass-fluxes in each model layer. The precipitation intensity is derived via a commonly used saturation adjustment scheme neglecting microphysical processes. The condensation rate critically depends on the magnitude of convective lifting inside of the cloud which is computed from the vertical component of the equations of motion. The influences of water loading and mass entrainment of air are incorporated. Finally, the results of a sensitivity study are presented which illustrate the dominating effects that confine the lifetime and intensity of an idealised heavy precipitation convective storm. / KonvektiveWolken mit großer vertikaler Erstreckung verursachen häufig intensive Niederschläge, welche wiederum abhängig von der Andauer zu lokalen Überschwemmungen führen können. Aufgrund seiner Natur wird die Lebensdauer einer konvektiven Zelle durch mehrere Faktoren begrenzt, zu denen auch die Verringerung des verf¨ugbaren konvektiven Potenzials durch ausgleichende Absinkbewegungen außerhalb der Wolke zählt. Dieser Artikel behandelt die Abschätzung der Obergrenze konvektiv erzeugbaren Niederschlags für gegebene atmosphärische Ausgangsbedingungen. Das vorgestellte idealisierte eindimensionale Wolkenmodell beruht auf dem Konzept eines ausgeglichenen Massenflusses in jeder Modellschicht. Die Niederschlagsintensität wird durch ein vielfach verwendetes Sättigungsanpassungsschema abgeleitet, worin mikrophysikalische Prozesse vernachlässigt werden. Die Kondensationsrate hängt in großem Maße von der Stärke der konvektiven Hebung innerhalb der Wolke ab, welche aus der vertikalen Komponente der Bewegungsgleichungen berechnet wird. Die Einflüsse von Niederschlagslast und Masse eingemischter Luft werden berücksichtigt. Abschließend werden die Ergebnisse einer Sensitivitätsstudie vorgestellt, worin die dominierenden Effekte veranschaulicht werden, die Lebenszeit und Intensität einer idealisierten Starkniederschlagszelle eingrenzen.

Der Transport von Sand ist geprägt durch die Ausbildung von Strukturen. Die kleinste Form bezeichnet man als Rippel. Da die Dimension von äolischen Sandrippeln nicht sehr groß ist, existieren nur wenige Messungen welche direkt am Strand oder in der Wüste durchgeführt wurden. In diesem Artikel wird ein Messverfahren vorgestellt, welches eine Vermessung von Höhenunterschieden im Sandfeld in der Größenordnung von Millimetern ermöglicht. Die durch die sogenannte „Schattenwurf-Methode“ erhaltenen Ergebnisse stehen in guter Übereinstimmung mit der Literatur. Außerdem werden Erkenntnisse aus der Untersuchung von Sandkorngrößenverteilungen an verschiedenen Positionen eines Rippels aufgezeigt. Des Weiteren wird in dieser Arbeit eine Methode vorgestellt, welche es ermöglicht, ein durchgängiges Höhenprofil für ein vermessenes Sandrippelfeld zu erstellen. Das Ergebnis erlaubt eine genauere Betrachtung und Analyse des Verlaufs von Rippelbergen und Rippeltälern. / The transport of sand is affected by the development of structures. The smallest kind of them is called ripple. Owing to the fact that the dimension of aeolian sand ripples is not very large there are only a few measurements that were made directly at the beach or in the desert. This article presents a measurement method that provides the possibility of measuring height differences in the dimension of millimetres. The results achieved by the so called “shadow-cast” method are in good agreement with that found in literature. In addition, findings concerning the investigation of the sand grain size distribution at different positions on the ripple are presented. Furthermore, a possibility of producing continuous profiles of a measured sand ripple field, is presented in this work. The result allows a specified observation and analysis of developing ripple crests and ripple troughs.

Diese Studie soll einen näheren Aufschluss über die Ermittlung der mittleren Saltationslänge und somit über den Sandtransport geben. Die Bestimmung der vertikalen und horizontalen Verteilung des Sedimenttransports erfolgte mittels MWAC- und Quaderfallen-Messungen. Das dazugehörige Feldexperiment fand im März 2008 am Zingster Strand (Ostsee/Deutschland) statt. Des Weiteren wurde von Namikas im Juni 1997 in der 'State Vehicular Recreation Area' (SVRA) an der kalifornischen Küste der Transport mithilfe von Vertikal- (VTRAP) und Horizontalfallen (HTRAP) ermittelt (Namikas, 2003). Die Experimente der Quaderfallen und der HTRAP wurden numerisch simuliert und auf Tauglichkeit zur Sprunglängenberechnung geprüft. Die Analyse brachte hervor, dass die vier benutzten Quaderfallen mit unterschiedlicher Länge eine unzureichende Vorhersage für den Massenfluss liefern. Die HTRAP gibt erst durch Differenz der einzelnen Fächer eine nahezu korrekte Prognose. Folglich kann durch eine Korrektur der ermittelten Werte eine zutreffende mittlere Saltationslänge errechnet werden. / This study is giving a near information about ascertaining of mean saltation lenght and consequently about sand transport. The vertical and horizontal distribution of transport of sediment was determined by using MWAC-sampler and cuboid traps measurements. The respective field experiment was processed on the beach of Zingst (Baltic Sea/Germany) in March 2008. Furthermore, the transport was established by using vertical (VTRAP) and horizontal traps (HTRAP) in the 'State Vehicular Recreation Area' (SVRA) on the California coast in July 1997 (Namikas, 2003). The experiments of cuboid traps and HTRAPs have been simulated numerical and checked for efficiency to evaluation of jump lenght. The results generated an insufficient prediction of mass flux by using four cuboid traps with different length. The HTRAP delivered an almost correct prognosis when seperate compartments are subtracted. Consequently a true mean saltation length is calculated by an adjustment of determined values.

In order to investigate the dispersion of diaspores, the joined BioWind-project has been launched from the universities of Regensburg and Leipzig. The aim of this collaboration was to investigate dispersal of seeds by wind with respect to different atmospheric stability conditions. In the year 1972, Kaimal et al. proposed a standardized spectra of turbulence for each meteorological parameter and the resulting flows. Due to the fact, that the data of Kaimal et al. (1972) were collected from a measuring field whose surface was almost perfectly flat without any disturbances, the question was raised whether these spectra are also valid for the atmosphere over inhomogeneous terrain of the BioWind-project. To be consistent, a turbulence spectrum for each parameter was produced and a qualitative agreement with the standardized spectra was achieved. A systematic lower variance in the high-frequency region was determined for all meteorological parameters. / Um die Ausbreitung von Pflanzensamen (Diasporen) zu untersuchen, wurde das Projekt BioWind von den Universitäten Regensburg und Leipzig ins Leben gerufen. Ziel dieser Zusammenarbeit war es die Verbreitung von Pflanzensamen (Diasporen) durch Wind, unter Berücksichtigung verschiedener atmosphärischer Stabilitätsbedingungen, zu ermitteln. Im Jahre 1972 haben Kaimal et al. erstmals standardisierte Turbulenzspektren für verschiedene meteorologische Parameter und die daraus resultierenden Flussgrößen vorgestellt. Aufgrund der Tatsache, dass die von Kaimal et al. (1972) genutzten Daten auf Messplätzen ermittelt wurden, welche nahezu eben und störungsfrei waren, stellte sich die Frage, ob sich die ermittelten Spektren auch auf die inhomogenen Messfelder des BioWind-Projektes anwenden lassen. Eine qualitativ gute Übereinstimmung für die ermittelten Turbulenzspektren wurde erreicht. Die untersuchten Gröÿen zeigen allerdings eine systematisch niedrigere Varianz im hochfrequenten Turbulenzbereich.

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.

In der folgenden Ausarbeitung soll der Einfluss der vertikalen Auflösung der Eingangsprofile auf die Schallausbreitungsrechnungen eines Schallstrahlenmodells näher untersucht werden. Der Grund hierfür liegt in dem Auftreten eines „Schichtenproblems“ bei der Arbeit mit einem solchen Modell. Das bedeutet, dass je größer die vertikale Auflösung der Eingangsprofile ist, desto mehr weicht die mit dem Computermodell bestimmte Lösung von der analytischen ab. Im folgenden Beitrag werden verschiedene vertikale Auflösungen untersucht und es wird gezeigt, dass eine höhere Auflösung dieses Problem lösen kann. Die Berechnungen erfolgen mit dem Schallstrahlenmodell SMART. Dieses Modell basiert auf der Berechnung des Weges, den der Schall in einer geschichteten Atmosphäre zurücklegt. Die Berechnungsgrundlage für das Strahlenmodell bilden dabei aus Radiosondendaten interpolierte, sowie klimatologisch klassifizierte Temperatur- und Windprofile. Diese Untersuchungen stellen eine notwendige Grundlage bei der Analyse und Interpretation der durch ein Strahlenmodell gewonnenen Dämpfungsberechnungen dar. / In the following article, effects of the vertical resolution of input data on numerical sound attenuation simulations are investigated. The reason for this lies in the occurrence of a „layer problem“ during work with such a model. That means, even larger the vertical resolution of the input profiles is, so much more the calculated answer deviates from the analytic. Therefore, different vertical resolutions are examined. The analyzed results show that a higher resolution can solve this problem. Calculations are carried out using the sound ray model SMART which considers the dependency of sound ray propagation on stratified atmosphere. As a basis for calculating the sound ray paths interpolated and climatologically classified profiles of temperature and wind obtained from radiosonde data are utilized. These investigations provide a basis for the analysis and interpretation of attenuation calculations derived from a sound ray model.

The use of contrast reducing Mie scattering for the derivation of aerosol optical thickness (AOT) of the atmosphere is described in this article. With the aid of Differential Texture Analysis (DTA) the contrast between two visual satellite images will be determined and the AOT will be deduced. An assessment of the DTA algorithm with Landsat 5 TM satellite images for the Munich area is presented here. Problems like false AOT values caused by surface albedo changes and uncertainties in pollution loading are discussed, and proposed solutions will also be presented. Two methods for solving these difficulties, the histogram method and the regression method, will be displayed. / Zur Ableitung der Aerosol optischen Dicke (AOT) der Atmosphäre erweist sich die kontrastreduzierende Wirkung der Mie-Streuung an Aerosolpartikeln als nützlich. Zwischen zwei unterschiedlich belasteten visuellen Satellitenbildern wird mit Hilfe der Differentiellen Texturanalyse (DTA) der Kontrastunterschied beider berechnet und daraus die AOT abgeleitet. In dieser Arbeit geht es um die Bewertung des DTA-Algorithmus' anhand von Landsat 5 TM Satellitenbildern vom Großraum München. Im Folgenden werden auch Probleme des DTA-Codes, wie z.B. falsch detektierte AOT auf Grund von Änderungen der Bodenalbedo und zu niedrig ermittelte AOT-Werte bedingt durch Ungereimtheiten der Belastungssituationen der Satellitenbilder, diskutiert und Lösungsvorschläge, u.a. die Histogramm- und Regressionsmethode, präsentiert.

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.