Ein neues Schema für die Parametrisierung der Schwerewellen und ihres Einflusses auf die mittlere Atmosphäre ist für COMMA-LIM (COlogne Model of the Middle Atmosphere - Leipzig Institute for Meteorology) übernommen worden. Während das bisher in COMMA-LIM genutzte aktualisierte Lindzen-Schema (Lindzen, 1981) die Ausbreitung und das Brechen einzelner Wellen berechnet, geht das Warner und McIntyre-Schema von einem Spektrum der Schwerewellen aus. Beide Schemata gehen von Schwerewellen im mittleren Frequenzbereich zwischen Brunt-Väisäla Frequenz und Rotationsrate der Erde aus (N >> ω >> f). Erste Ergebnisse werden vorgestellt. / A new scheme for the parametrizing of the gravity waves and their impact on the mean circulation of the middle atmosphere has been adapted to COMMA-LIM (COlogne Model of the Middle Atmosphere - Leipzig Institute for Meteorology). The current version based on the Lindzen-scheme (Lindzen, 1981) calculates the propagation and breaking of 48 single waves while the new Warner and McIntyre - scheme uses a spectral approach of gravity waves. Both schemes are based on the medium frequency approach locating the gravity waves between the Brunt-Väisälä-frequency and the rotation rate of the earth ((N >> ω >> f). First results are presented.

Am DLR Neustrelitz wird kontinuierlich die totale Ionosation der Atmosphäre bestimmt und globale Karten der vertikal integrierten Elektronendichte erstellt. Es werden dazu die Signale der Navigationssatelliten-Systeme GPS und GLONASS verwendet. In dieser Arbeit wird die Verteilung des totalen Elektronengehalt (TEC) oberhalb der mittleren Breiten während der Übergangssaison September bis November 2004 auf langperiodische Variationen im Bereich von mehreren Tagen sowie zonalen Wellenzahlen bis zu 5 untersucht. Die Ergebnisse werden mit einer Analyse von planetaren Wellen aus assimilierten Stratosphärendaten, Radardaten für Temperatur vom Collm Observatorium (51.3◦N, 13.0◦O) und Beobachtungen der kritischen Plasmafrequenz der F2-Schicht (f0F2) mit der Ionosonde in Juliusruh (54.6◦N, 13.4◦O) verglichen, um den meteorologischen Einfluss auf die Variation der Ionosphäre zu studieren. / The DLR Neustrelitz regularly produces maps of the total total electron content (TEC) on a global scale using the navigation satellite systems GPS and GLONASS to forecast space weather. In this study we turn our attention to the higher middle latitudes TEC variations during September to November 2004 in a long-period range of several days with a zonal wavenumber up to 5. The results are compared with a planetary wave analysis using assimilated stratospheric data, mesosphere/lower thermosphere radar temperature data at Collm observatory (51.3◦N, 13.0◦E) and the ionosonde observed critical plasma frequency of the F2-layer (f0F2) at Juliusruh (54.6◦N, 13.4◦E) to investigate the meteorological influences on ionospheric variability.

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.

Orographically enhanced precipitation played a major role in the flooding event in August 2002 in the Eastern Erzgebirge mountains. Both global and mesoscale models underestimated local intensities even with the correct position of the associated large-scale front. The limited area model LM of the DWD has been used in a sensitivity study of orographic precipitation involving an idealized bell-shaped orography. The dependence of precipitation on different determining parameters is investigated, with special emphasis on layer stability and wind structure. With the operational horizontal grid spacing of about 7 km, the LM simulations reproduce common distributions of vertical velocity and precipitation for uniformly stratified flows of varying stability. Highest rates are computed for stratiform cases with decreasing stability at higher levels and for convective environments. Both situations differ from the wave-like appearance of the uniformly stratified flows. Several vertical profiles of horizontal wind velocity structure are found to significantly influence magnitude and vertical decay of upward motion. Simplified profiles of the Eastern Erzgebirge mountain range and atmospheric conditions comparable to that of the flooding event are introduced to estimate the orographically-induced precipitation in a homogeneous flow. These numerical simulations are compared with values computed by the diagnostic maximum precipitation model MAXRR. Due to the relatively coarse grid in LM, small-scale differences through enhanced orographic lift cannot be resolved. Nevertheless, the amounts observed in this flooding case are reproduced with the high-resolution diagnostic model. / Orografisch verstärkter Niederschlag im Bereich des Osterzgebirges spielte eine große Rolle bei der Entstehung des Elbehochwassers im August 2002. Sowohl globale als auch mesoskalige Vorhersagemodelle unterschätzten die lokalen Niederschlagsintensitäten trotz richtiger Positionierung des synoptisch-skaligen Frontenzuges. Zur Untersuchung der Gründe wurde das Lokalmodell des DWD für eine Sensitivitätsstudie bezüglich orografisch beeinflussten Niederschlags im Bereich eines idealisierten Glockenberges verwendet. Die Abhängigkeit des Niederschlags von verschiedenen Kontrollparametern wurde untersucht, mit besonderer Beachtung von Schichtungsstabilität und Horizontalwindstruktur. Bei Verwendung der operationellen Gitterweite von 7 km reproduzieren die Simulationen mit dem LM die bekannten Verteilungen von Vertikalwind und Niederschlag für unterschiedliche Schichtungen mit höhenkonstanten Temperaturgradienten. Die höchsten Niederschlagsraten ergeben sich jedoch für stratiforme Aufgleitprozesse im Fall von abnehmender Stabilität in mittleren und hohen Bereichen der Troposphäre sowie für konvektive Umgebungen, in beiden Fällen mit signifikanter Änderung des Vertikalwindfeldes verglichen mit der zuvor erwähnten Strömung. Der Einfluss des Vertikalprofils des horizontalen Windes auf Stärke und vertikale Abschwächung der Aufwärtsbewegung muss beachtet werden. Schließlich wurden die Sensitivitätsstudien ausgedehnt auf ein vereinfachtes Höhenprofil des Osterzgebirges. Als Ausgangssituation wurden dabei die atmosphärischen Bedingungen verwendet, die mit denen des Hochwasserereignisses vergleichbar sind. Diese numerischen Simulationen wurden mit Werten des einfachen diagnostischen Maximalniederschlagsmodells MAXRR verglichen. Entsprechend der relativ groben Gitterweite des LM können kleinräumige Unterschiede durch verstärkte orografische Hebung nicht wider gegeben werden, wogegen die beobachteten Niederschlagsmengen des Hochwasserereignisses mithilfe des hoch aufgelösten diagnostischen Modells erreicht werden.

Globalmodelle sind aufgrund ihres groben Gitters (60 x 60 km) nur unzureichend in der Lage kleinskalige Prozesse (orographische Niederschlagsverstärkung) in der Atmosphäre aufzulösen. Mit Mesoskalenmodellen z.B. dem GESIMA (5 x 5 km) können deshalb die physikalische Grundlagen der Atmosphäre (Wolken- und Niederschlagsbildung) besser studiert und eine Kopplung mit hydrologischen Abflussmodellen erprobt werden. Zukünftig sieht dieses Projekt genau das vor, wobei der erste Teil, die Arbeit mit dem meteorologische Modell hier vorgestellt werden soll. Starkniederschlagserreignisse sind vielerorts auf der Welt mit charakteristischen Wetterlagen verbunden, die quasi über Tage unverändert ergiebigen Regen produzieren. Initialisiert mit den lokalen Vertikalprofilen aus Radiosondendaten, produzieren das prognostische Mesoskalenmodell GESIMA und das diagnostische Niederschlagsberechungsverfahren (MAXRR) maximale Regenmengen vergleichbarer Größenordnung. / Global models are insufficient to solve small scale atmospheric processes (e.g. orographic precipitation) due to their gross resolution (60 x 60 km). With mesoscale models e.g. the GESIMA (5 x 5 km), the physical fundamentals of the atmosphere (formation of precipitation and clouds) can better be studied and a coupling with hydrological models be tested through. This project plans exactly, as a first step, the work with the cited meteorological model. Heavy rainfall events are connected with characteristic weather conditions in many places in the world which produce invariably rain quasi over days. Initialized with the local vertical profiles from radiosonde data, the prediction model GESIMA and the diagnostic model MAXRR produced rain quantities of comparable order of magnitude.

Das Lokalmodell (LM) wurde für eine Reihe von Sensitivitätsuntersuchungen bezüglich orografischer Beeinflussung von Niederschlag verwendet. Für die Initialisierung des Modells mit Anfangs- und Randdaten wurde ein Schema entwickelt, welches eine horizontal homogene und stationäre Strömung aus einem einzelnen Vertikalprofil der benötigten atmosphärischen Variablen erstellt. Dabei wird hier auch der horizontale Luftdruckgradient berücksichtigt, wodurch eventuelle Auswirkungen der Coriolisterme auch ohne eine sehr große Entfernung des Zielgebietes vom Modellrand untersucht werden können. Simulationen mit idealisierten Eingangsfeldern können zur Verdeutlichung des Einflusses eines orografischen Hindernisses auf das dreidimensionale Strömungsfeld dienen. Außerdem sind sie zur Validierung bestimmter Parametrisierungen geeignet, da sich im Gegensatz zu realen Randdaten keine überlagerten synoptisch-skaligen Störungen im Modellgebiet befinden. Die hier verwendete Konvektionsparametrisierung nach Tiedtke (1989) zeigt unterschiedlich ausgeprägte Niederschlagsverteilungen und Flächenmittel in Abhängigkeit von der unterliegenden Orografie. / The Lokalmodell (LM) has been used for a series of sensitivity studies treating orographic modification of precipitation. An initialization technique has been developed which generates a horizontally homogeneous and stationary flow out of a single vertical profile of the required atmospheric variables. Herein, the horizontal pressure gradient is considered as well, allowing to investigate the influence of the Coriolis terms without the need for the area under investigation to be far away from the model boundaries. Simulations with idealized initialization fields can help to illustrate the influence of orographic obstacles on the three-dimensional flow field. Furthermore, they enable to validate certain parameterizations because of the missing synoptic-scale disturbances, which are present using real boundary data. The chosen parameterization of convection after Tiedtke (1989) shows different distributions of precipitation and its area-averaged values depending on the underlying orography.

We used ERA-Interim reanalysis data to perform a pattern analysis of the tropospheric mean meridional temperature flux in the Northern Hemisphere exploiting an artificial neural network called self organizing map (SOM). The basic explanation of the neural network will be given for a better understanding of the presented result. The neural network provides an analyses of the given data in terms of a decomposition into distinct patterns. The results confirms that the strongest fluxes occur over the North Atlantic. Additionally, the SOM showed that in general fluxes over the North Atlantic are most common over all analyzed winters. / Wir verwendeten ERA-Interim Reanalysedaten. Dabei wurde für eine Analyse des über die Troposphäre gemittelten Temperaturflusses ein künstliches neuronales Netzwerks namens Selbstorganisierende Karte (Self Organizing Map, SOM) benutzt. Das neuronale Netzwerk hilft dabei den Datensatz in bestimmte Muster zu unterteilen. Die Ergebnisse bestätigen, dass die größten Flüsse über dem Nordatlantik in die Arktis vordringen. Weiterhin zeigt sich mithilfe der SOM-Methode, dass im Allgemeinen für den analysierten Zeitraum Flüsse über dem Nordatlantik häufiger sind als andere Pfade in Richtung Arktis.

The feedback between clouds and sea ice got more importance in the last years, because of the declining Arctic sea ice extent. Previous observations show the formation of low clouds over newly formed open water. These low clouds are very important for the Arctic Energy Budget, because they warm the surface. This leads to increasing temperatures and stronger sea ice loss. To assess the relationship between sea ice cover and cloudiness, satellite observations by DARDAR were compared with both global climate reanalyses ERA–Interim and MACC. The analysis focuses on 2007 – 2010 and the relationship between different parameters from the different datasets. It is found that the reanalyses only poorly approximate the cloud cover in the Arctic. Consequently no strong correlation was found for the time period 2007 – 2010. / Das Wolken–Albedo–Feedback in der Arktis gewann in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung aufgrund des Rückganges der Meereisfläche. Vorhergehende Arbeiten zeigten die Bildung von tiefer Bewölkung über kürzlich aufgebrochenen Meereisstellen. Diese tiefen Wolken sind sehr wichtig für das arktische Energiebudget, wegen des Erwärmens der Oberfläche. Daraus folgt ein Anstieg in der bodennahen Temperatur und ein verstärkter Rückgang des Meereises. Um den Einfluss der Meereiskonzentration auf die Wolkenbildung zu untersuchen, werden in dieser Arbeit Satellitendaten von DARDAR mit den beiden globalen Klimareanalysen Era–interim und MACC verglichen. Analysiert werden Daten aus den Jahren 2007 bis 2010 und für verschiedene Oberflächenbedingungen werden Korrelationen der einzelnen Datensätze erstellt. Es hat sich gezeigt, dass die Darstellung der Wolkenbedeckung in der Arktis durch die Reanalyse Daten nicht geeignet ist. Aus diesem Grund wurden keine signifikanten Korrelationen in der Zeitspanne von 2007 bis 2010 gefunden.

For the water management the forecast of precipitation is an important input variable for hydrologic models. With a accurate forecast, suitable protection measures, for example dam-predischarges can be initiated on time. However, the precipitation forecast is difficult, because it has a large spatial and temporal variability. This can be seen by the large differences of predicted precipitation height of different forecasts. With a validation of predictions of the COSMO-EU-Model and the radar-based analysis data of RADOLAN a possible optimum warning time shall be found. In addition, different continous verification methods are applied. Additionally, a possible spatial influence of the orography and different general weather situations where analysed. A total of 57 days, with more than 50mm precipitationheight in 24 h were validated in the years from 2006 to 2014. The data refer to five different catchment areas of Saxony which are managed by the State Reservoir Administration of Saxony (LTV). It has been found that at 62% of the validated forecasts not enough precipitation was predicted. The closer in time forecast and precipitation event are, the better is the forecast skill. An optimal earlier forecast time cannot be found under the use of the currently available precipitation forecasts. / Für dieWasserwirtschaft ist die Niederschlagsvorhersage eine wichtige Eingangsvariable für hydrologische Modelle. Mit einer guten Vorhersage können die entsprechenden Schutzmaßnahmen wie z.B. Talsperrenvorentlastungen rechtzeitig eingeleitet werden. Jedoch ist die Vorhersage des Niederschlags schwierig, da er eine große räumliche und zeitliche Variabilität hat. Diese zeigt sich auch in der Variabilität der Niederschlagshöhe zu unterschiedlichen Vorhersageterminen. Mit einer Validierung zwischen Vorhersagen des COSMO-EU-Modells und den radargestützen Analysedaten von RADOLAN für Regenmengen in verschiedenen Talsperreneinzugsgebiet Sachsens soll untersucht werden, ob es einen optimalen Warnzeitpunkt gibt, der gekennzeichnet ist durch eine möglichst frühe gebietsgenaue Niederschlagsprognose, so dass für das Durchführen wasserwirtschaflicher Maßnahmen ausreichend Zeit verbleibt. Um dies einschätzen zu können, werden hier verschiedene kontinuierliche Gütemaße angewandt. Auch ein möglicher räumlicher Einfluss durch die Orographie und der Einfluss verschiedener Großwetterlagen wurde dabei untersucht. Es wurden insgesamt 57 Tage, an welchen mehr als 50 mm Niederschlag in 24 h fiel, in den Jahren 2006 bis 2014 validiert. Die Daten beziehen sich auf fünf Wassereinzugsgebiete Sachsens, die durch die Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen (LTV) bewirtschaftet werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass bei 62 % der untersuchten Vorhersagen zu wenig Niederschlag vorhergesagt wurde. Die unterschiedlichen Gütemaße zeigen das erwartete Verhalten, dass je näher der Vorhersagetermin am Ereignis liegt, desto besser das Gütemaß und somit auch die Vorhersage ist. Ein optimaler früherer Vorhersagezeitpunkt kann unter Verwendung der derzeit verfügbaren Niederschlagsprognosen nicht gefunden werden.

One major source of uncertainty in current climate projections is the effect of clouds on the Earth’s climate system due to a direct influence on the radiative energy budget as well as through complex feedback mechanisms. The radiative properties of clouds are governed by their microphysical properties, e.g. the thermodynamic phase. However, the interactions of cloud and aerosol particles leading to complex vertical structures of the thermodynamic phase and their influence on the optical properties of clouds are not yet fully understood. Therefore, measurements with the Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere (GLORIA) are utilized during the StratoClim (Stratospheric and upper tropospheric processes for better climate predictions) campaign in the Asian monsoon to detect cloud thermodynamic phase in the terrestrial infrared wavelength range for cloud-side observations. / Der Einfluss von Wolken auf das Klimasystem der Erde bildet einen großen Unsicherheitsfaktor in aktuellen Klimaprojektionen durch einen direkten Effekt auf den Strahlungshaushalt sowie über komplexe Feedbackmechanismen. Die Streueigenschaften von Wolken werden durch deren mikrophysikalische Eigenschaften (z.B. die thermodynamische Phase) bestimmt. Allerdings sind die Wechselwirkungen zwischen Wolken- und Aerosolpartikeln, welche zu komplexen vertikalen Strukturen der thermodynamischen Phase führen und damit die optischen Eigenschaften derWolke beeinflussen, noch nicht endgültig verstanden. Deshalb werden in dieser Studie Messungen mit dem Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere (GLORIA) während der Messkampagne StratoClim (Stratospheric and upper tropospheric processes for better climate predictions) in der asiatischen Monsunregion verwendet, um die thermodynamische Phase von Wolken aus Wolkenseitenbeobachtungen im terrestrischen infraroten Wellenlängenbereich abzuleiten.