Profiles of broadband terrestrial radiation from airborne pyrgeometer measurements aboard research aircraft Polar 5 obtained during the VERDI campaign in 2012 were used to derive vertical temperature profiles. The retrievals were performed utilizing radiative transfer simulations by libRadtran (Mayer and Kylling, 2005). Manually changing the temperature of the input file for the simulations resulting calculated profiles of terrestrial irradiance were compared with measured profiles and iterated until best agreement. The selected test case shows the possibility of this technique and reveals several possible improvements. The algorithm has to be optimized to adapt the modelling temperature profile automatically using least-square error minimization between measured and modelled irradiance profiles. Additionally the vertical resolution has to be increased to consider small-scale variations. Using humidity and pressure profiles from ground-based observations and nearby radiosoundings significantly improves the retrieved temperature profiles. / Vertikalprofile der breitbandigen terrestrischen Strahlung von flugzeuggetragenen Pyrgeometermessungen an Bord des Forschungsflugzeuges Polar 5 während der VERDI Kampagne in 2012 wurden genutzt, um Vertikalprofile der Temperatur abzuleiten. Das Retrieval erfolgte mit Hilfe von Strahlungstransfersimulationen unter der Verwendungung von libRadtran (Mayer and Kylling, 2005). Dazu wurde die Temperatur der Modellatmosphäre variert, bis eine bestmögliche Übereinstimmung von gemessenem und modellierten Irradianzprofil erzielt wurde. Der ausgesuchte Testfall zeigt das Potential dieser Technik und mögliche Verbessungsansätze. So muss der verwendete Algorithmus automatisiert werden, indem das modellierte Strahlungsprofil mit Hilfe eines Iterationsverfahrens und der Methode der kleinsten Fehlerquadrate an das gemessene Profil angepasst wird. Zusätzlich ist eine Erhöhung der vertikalen Auflösung von 50 m auf 10 m Schritte nötig, um kleinskalige Fluktuationen zu berücksichtigen. Die Verwendung von bodengebundenen Beobachtungen und nahegelegenen Radiosondenaufstiegen in der Modellatmosphäre führt zu einer weiteren signifikanten Verbesserung der abgeleiteten Temperaturprofile.

A mechanistic global circulation model is used to simulate the mesospheric and lower thermospheric circulation during austral winter. The model includes a gravity wave (GW) parameterization that is initiated by prescribed GW parameters in the troposphere. In standard configuration, these waves are described by a simple distribution with large amplitudes in the winter hemisphere and small ones in summer. Here we replace this distribution by a more realistic one, which is based on observations of potential GW energy using GPS radio occultations, but which is normalized to the same global mean amplitude. The model experiment shows that this new gravity wave distribution leads to weaker zonal winds in the mesosphere, a downward shift of the meridional poleward mesospheric wind jet, enhanced downwelling in the mid-to-high-latitude winter mesosphere and warming of the polar stratopause. / Ein globales mechanistisches Zirkulationsmodell wird verwendet um die Dynamik der Mesosphäre und unteren Thermosphäre im Südwinter zu simulieren. Das Modell beinhaltet eine Schwerewellenparametrisierung die durch eine vorgeschriebene Schwerewellenverteilung in der oberen Troposphäre angetrieben wird. In der Standardkonfiguration besteht diese aus einer einfachen zonal gemittelten Verteilung mit größeren Amplituden im Winter als im Sommer. Wir ersetzen diese Verteilung durch eine realistischere, die auf der beobachteten globalen Verteilung der potentiellen Energie von Schwerewellen basiert und auf die gleiche global gemittelte Amplitude normiert wird. Das Modellexperiment zeigt, dass die neue Schwerewellenverteilung zu schwächeren zonalen Winden in der Mesosphäre, einer Verschiebung des meridionalen Jets nach unten, verstärkten Abwinden in der Mesosphäre mittlerer und höherer Breiten im Winter, und einer Erwärmung der polaren Winterstratopause führt.

While the diurnal, semidiurnal and terdiurnal tides in the mesosphere / lower thermosphere (MLT) have been observed from the ground and from satellites, the quarterdiurnal tide (QDT), with a period of 6 hours, has been investigated on a few occasions only. Therefore, meteor radar observations of horizontal winds in the MLT near 90 km at Collm (51°N, 13°E) and Obninsk (55°N, 37°E) have been used to analyse the seasonal variability of the QDT at middle latitudes. At both sites the zonal amplitudes show a clear maximum in winter and another one during spring. The meridional amplitudes are weaker, but show a similar seasonal cycle. Generally amplitudes are not large and maximise at 3.5 m/s for the zonal amplitude on a climatological mean. Amplitudes and phases, the latter expressed in local time, at Collm and Obninsk are similar, indicating that most of the observed 6-hour oscillation at higher midlatitudes is due to the migrating QDT. Obninsk amplitudes show an interdecadal variation with smaller values during the 1990s and larger ones during the 2000s. / Während die ganztägigen, halbtägigen und dritteltägigen Gezeiten in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre (mesosphere/lower thermosphere, MLT) vergleichsweise häufig durch bodengebundene und Satellitenmessungen untersucht wurden, gilt dies nur sehr eingeschränkt für die vierteltägigen Gezeiten (quarterdiurnal tides, QDT). Daher werden hier Radarmessungen des horizontalen Windes über Collm (51°N, 13°E) und Obninsk (55°N, 37°E) bei 90 km Höhe herangezogen, um den mittleren Jahresgang der QDT in mittleren Breiten zu analysieren. Es zeigt sich, dass an beiden Messstationen ein Maximum der Amplituden im Zonalwind auftritt, begleitet von einem weiteren im Frühjahr. Die Amplituden sind nicht sehr groß, und betragen für den Zonalwind 3-4 m/s im langzeitigen Mittel im Winter. Die Amplituden im meridionalen Wind sind etwas geringer, zeigen aber einen ähnlichen Jahresgang. Amplituden und Phasen, letztere ausgedrückt in lokaler Zeit, sind über Collm und Obninsk ähnlich, was auf einen bedeutenden Anteil der migrierenden QDT hinweist. Die Amplituden über Obninsk weisen eine interdekadische Variation auf, mit geringeren Amplituden in den 1990ern und größeren nach den Jahr 2000.

We use the middle and upper atmosphere model (MUAM) to analyze forcing mechanisms of the terdiurnal tide (TDT) in the middle atmosphere, namely solar heating and nonlinear wave-wave interactions. First, we present model amplitudes of the TDT during January conditions as a validation and for reference. By switching off single forcings for wavenumber 3 in different model runs we are able to separate the solar and nonlinear forcing contribution. The simulations suggest that solar forcing is the major driver for TDT at low latitudes while nonlinear interactions become more important at middle and high latitude, especially in the winter hemisphere. Additionally we observe increased TDT amplitudes for purely solar driven TDTs without nonlinear forcing in some regions which may be owing to destructive interferences. / Wir nutzen das Modell für die mittlere und obere Atmosphäre (MUAM), um die Anregungsmechanismen der dritteltägigen Gezeiten, solare Erwärmung und Wechselwirkungen zwischen Wellen, zu analysieren. Zunächst präsentieren wir die modellierten Amplituden der dritteltägigen Gezeiten für Januarbedingungen. Dies dient einerseits der Validierung und andererseits als Referenz. Indem die Wellenzahl 3 in den verschiedenen Anregungstermen in einzelnen Läufen ausgeschalten wird, lassen sich die jeweiligen Beiträge aus solarer und nichtlinearer Anregung separieren. Aus den Simulationen lässt sich ableiten, dass solare Erwärmung den Hauptanteil in niedrigen Breiten bildet, während nichtlineare Wechselwirkungen in mittleren und hohen Breiten immer wichtiger werden, vor allem auf der Winterhemisphäre. Zudem beobachten wir verstärkte Amplituden der dritteltägigen Gezeiten bei ausschließlich solarer Anregung ohne nichtlinearen Anteil, was an destruktiver Überlagerung der Antriebsterme liegen kann.

Anlässlich des 50. Todestages von Curt Weikinn (1888–1966) werden sein Leben und sein wissenschaftliches Werk kurz geschildert. Weikinn ist vor allem durch seine „Quellentexte zur Witterungsgeschichte Europas von der Zeitwende bis zum Jahre 1850“ bekannt. Die zu seinen Lebzeiten nur teilweise publizierte Sammlung wird seit einigen Jahren schrittweise der Öffentlichkeit zugängig gemacht. Wichtige Arbeiten hierzu wurden mit finanzieller Unterstützung der DFG im Institut für Meteorologie der Universität Leipzig durchgeführt. / On the occasion of the 50th anniversary of the death of Curt Weikinn (1888 - 1966) his life and scientific work are briefly described. Weikinn is above all known for his „Source Texts to Europe’s Weather History of the Christian Era until 1850“. The in his lifetime only partially published collection is made accessible gradually the public for several years. For this important work was carried out with financial support from the DFG in the Institute for Meteorology, University Leipzig.

In Ergänzung einer von Curt Weikinn (1888–1966) zusammengestellten und vor 50 Jahren in den Acta Hydrophysica erschienenen Auflistung sehr starker bzw. verbreiteter Hagelfälle in den Jahren 1100–1400 wird nachfolgend die als Fortsetzung gedachte, jedoch bis jetzt unveröffentlichte Zusammenstellung gleichartiger Ereignisse aus dem 15. Jahrhundert wiedergegeben. / In addition one of Curt Weikinn (1888–1966) developed and shortly after his death in the Acta Hydrophysica published list of very strong or widespread hailstorms in the years 1100–1400 is below the imaginary as a continuation, but as yet unpublished compilation of similar events from 15th century reproduced.

The glory is an optical phenomenon observed above liquid water clouds and consists of coloured rings around the anti-solar point. Since the glory is caused by scattering on spherical particles it can be used as a proxy to identify liquid water at the cloud top. Images taken with a CANON digital camera equipped with a fish-eye lens on board the research aircraft Polar 5 during the measurement campaign Radiation-Aerosol-Cloud Experiment in the Arctic Circle (RACEPAC) were analysed for glories. To identify glories an algorithm consisting of five criteria was developed by using simulations of the scattering angle dependent radiance and a test data set of measurements. The algorithm was tested and proved to be able to distinguish between images showing a glory and images not showing any glory. / Die Glorie ist eine optische Erscheinung, die über Flüssigwasserwolken beobachtet werden kann und aus farbigen Ringen um den Gegensonnenpunkt besteht. Da die Glorie durch Streuung an sphärischen Partikeln entsteht, kann sie zur Identifikation von Flüssigwasser am Wolkenoberrand genutzt werden. Bilder, die mit einer CANON Digitalkamera, die mit einem Fischaugenobjektiv ausgestattet war, von Bord des Forschungsflugzeugs Polar 5 während der Messkampagne RACEPAC aufgenommen worden, wurden auf das Auftreten von Glorien untersucht. Zur Identifikation wurde ein Algorithmus mit fünf Kriterien entwickelt, die mit Hilfe von Simulationen der streuwinkelabhängigen Radianz und einem Testdatensatz der Messungen erstellt wurden. Der Algorithmus wurde getestet und ist in der Lage zwischen Bildern mit und ohne Glorie zu unterscheiden.

Mesosphere/lower thermosphere (MLT) zonal winds measured by a VHF meteor radar at Collm, Germany (51.3°N, 13.0°E) during late winter 2015/2016 show very strong westerly winds above about 90 km, but not below that height. This anomaly appears during a very strong El Niño event. The comparison of Niño3 equatorial sea surface temperature index and the Collm MLT wind time series starting in 2004 shows that in January and especially in February zonal winds are positively correlated with the Niño3 index. The signal is strong for the upper altitudes (above 90 km) accessible to the radar observations, but weakens with decreasing height. This reflects the fact that during El Niño years the westerly winter middle atmosphere wind jet is weaker on an average, and this is also the case with the easterly lower thermospheric jet. The El Niño effect on the meridional wind is weak. The experimental results can be qualitatively reproduced by numerical experiments using the MUAM mechanistic global circulation model with prescribed tropospheric temperatures and latent heat release for El Niño and La Niña conditions. / Der Zonalwind in der oberen Mesosphäre/unteren Thermosphäre über Collm (51.3°N, 13.0°E) in der zweiten Hälfte des Winter 2015/2016 weist eine besonders starke westliche Komponente oberhalb von etwa 90 km auf. Diese Anomalie erfolgte während eines sehr starken El Niño-Ereignisses. Der Vergleich von Collmer Zonalwinden seit 2004 und dem Niño3-index zeigt im Januar und besonders Februar eine positive Korrelation. Diese ist stark oberhalb von 90 km, nimmt aber nach unten hin ab. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass während El Niño-Jahren im Mittel der stratosphärische/mesosphärische Westwindjet schwächer ist. Dieses Signal kehrt aber in der oberen Mesosphäre um, so dass der thermosphärische Ostwindjet ebenfalls schwächer ist. Der Effekt auf den meridionalen Wind ist schwächer. Die Beobachtungen können mit Modellexperimenten qualitativ reproduziert werden.

The Middle and Upper Atmosphere Model (MUAM) was used for the period from 1979 to 2015 and for January and July to analyze the interannual and longterm development of the horizontal wind and temperature in the middle atmosphere. Above the troposphere, for each season a long-term temperature decrease was observed, with maxima in the polar stratosphere in winter. In the zonal wind, a weakening and slight northward displacement of the mesospheric westerly wind could be observed in the respective winter hemisphere. On the southern hemisphere in January there was a slight weakening of the wind jets, while in the northern hemisphere a slight increase could be observed in July. For the meridional wind, especially for the mesospheric branch of the meridional wind jet, the southerly wind was intensified in January, while the northerly wind weakened particularly in the southern hemisphere in July. Possible reasons for the long-term trends are discussed. / Mit dem Modell für die mittlere und obere Atmosphäre MUAM wurden Berechnungen über den Zeitraum von 1979 bis 2015 für Januar und Juli durchgeführt, um die Entwicklung des Zonal- und Meridionalwindes sowie der Temperatur zu analysieren. Dabei zeigte sich ganzjährig ein Temperaturrückgang oberhalb der Troposphäre, mit einem Maximum in der polaren Stratosphäre während des Winters. Beim Zonalwind ließ sich in der jeweiligen Winterhemisphäre eine Abschwächung und leichte Nordverlagerung des mesosphärischen Westwindjets beobachten. Auf der Südhemisphäre im Januar kam es zu einer leichten Abschwächung der Starkwindbänder, während im Juli auf der Nordhemisphäre eine leichte Verstärkung festgestellt werden konnte. Für den Meridionalwind, insbesondere für den meridionalen mesosphärischen Windjet zeigte sich im Januar eine Intensivierung des Südwindes, während sich der Nordwind im Juli besonders auf der Südhemisphäre abschwächte. Gründe für diese Trends werden diskutiert.

The change of ionospheric absolute reflection heights h of low-frequency (LF) radio waves at oblique incidence in the course of the day is measured at Collm Observatory (51.3°N, 13.0°E) using 1.8 kHz sideband phase comparisons between the sky-wave and the ground wave of a commercial 177 kHz transmitter (Zehlendorf, reflection point 52.1°N, 13.2°E). Plasma scale height estimates H are calculated from the decrease/increase of h in the morning/evening. The day-to-day variations of H are compared with those of daily mean temperatures at 90 km, measured with a VHF meteor radar (36.2 MHz) at Collm utilising the amplitude decay of meteor reflections. A good qualitative correspondence is found between the two data sets. Since mesospheric long-period temperature variations are generally accepted to be the signature of atmospheric planetary waves, this shows that LF reflection height measurements can be used for monitoring the dynamics of the upper middle atmosphere.