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.

Two-dimensional horizontal fields of cloud optical thickness derived from airborne measurements of solar spectral, reflected radiance are compared with semiidealized large eddy simulations (LESs) of Arctic stratus performed with the Consortium for Small-scale Modeling (COSMO) atmospheric model. The measurements were collected during the Vertical Distribution of Ice in Arctic Clouds (VERDI) campaign carried out in Inuvik, Canada, in April/May 2012. The input for the LESs is obtained from collocated dropsonde observations of a persistent Arctic stratus above the sea-icefree Beaufort Sea. Simulations are performed for spatial resolutions of 50 m (1.6 km by 1.6 km domain) and 100 m (6.4 km by 6.4 kmdomain). Macrophysical cloud properties, such as cloud top altitude and vertical extent, are well captured by the COSMO simulations. However, COSMO produces rather homogeneous clouds compared to the measurements, in particular for the simulations with coarser spatial resolution. For both spatial resolutions, the directional structure of the cloud inhomogeneity is well represented by the model. This study was first published by Schäfer et al., 2018. / Zweidimensionale horizontale Felder optischer Dicken abgeleitet aus flugzeuggetragenen Messungen der spektralen, solaren, reflektierten Strahldichte über Arktischem Stratus werden mit teilidealisierten Large Eddy Simulationen (LES) im Atmosphärenmodel des Consortium for Small-scale Modeling (COSMO) verglichen. Die Messungen stammen von der Vertical Distribution of Ice in Arctic Clouds (VERDI) Kampagne in Inuvik, Kanada, im April/Mai 2012. Fallsonden- Beobachtungen eines beständigen arktischen Stratus über dem eisfreien Beaufort Meer bilden die LES-Eingangsdaten. Die Simulationen wurden mit räumlichen Auflösungen von 50 m (1.6 km  1.6 km Gebiet) und 100 m (6.4 km  6.4 km Gebiet) durchgeführt. Makroskopische Wolkeneigenschaften (Wolkenhöhe, -ausdehnung) wurden von COSMO erfasst. Allerdings produziert COSMO verglichen zu den Beobachtungen (besonders bei grober räumlicher Auflösung) eher homogenere Wolken. Gerichtete Strukturen der Inhomogenitäten wurden mit beiden räumlichen Auflösungen gut erfasst. Diese Studie wurde als erstes von Schäfer et al., 2018 veröffentlicht.

Long-period oscillations in the period range between 2-30 days, interpreted as planetary wave (PW) signatures, have been analysed using daily upper mesosphere/lower thermosphere wind measurements near 90 km over Collm (52°N, 15°E) in the time interval 1980-2005. Strong interannual and interdecadal variability of PW are found. Since the 1990s, a tendency for larger zonal amplitudes compared to meridional ones, has been observed, thus long-term trends are visible, which are positive in the zonal component, but negative in the meridional component. The change appears in a stepwise manner, so that a sudden change of the mean is visible rather than a linear trend. The behaviour of the upper middle atmosphere winds is similar to analysed wave changes in the stratosphere, indicating a coupling of the atmospheric layers through planetary waves. / Mit Hilfe von täglichen Windmessungen im Mesopausenbereich bei 90 km werden langperiodische Schwankungen im Zeitbereich von 2-30 Tagen untersucht, die als das Signal planetarer Wellen gelten. Im Zeitraum 1980-2005 werden deutliche Schwankungen von Jahr zu Jahr als auch langfristige Trends gefunden. Einer Zunahme der zonalen Komponente der Schwankungen seit 1990 steht eine Abnahme der meridionalen Komponente gegenüber. Diese Änderung erfolgt in rascher Form, so dass sich die Änderung der Zirkulation im Mesopausenbereich als klimatische Verschiebung, und weniger als Trend darstellt. Das Verhalten der Dynamik im Mesopausenbereich korrespondiert mit möglichen Änderungen klimatischer Parameter in anderen Schichten der Atmosphäre und weist auf eine Kopplung atmosphärischer Schichten untereinander hin.

A mesoscale non-hydrostatic atmospheric model was extended by including both a chemical transport module (CTM) for the chemical triade NO, N02, and 0 3, and an explicit surface-subgrid module (ESSM) for a subscale resolution of the topographical surface. CTEM: The simulated time-dependent concentration fields result from the following processes involved: anthropogenic emission at different heights, biogenic emission, dry deposition on the receptive surface, chemical reactions, turbulent diffusion, and passive transport according to the model dynamics. The calculations in the lowest model layer, usually treated as a constant-flux layer, are now performed on a vertical subgrid that was inserted to better resolve the often observed high concentration gradients within the surface layer. ESSM: Moreover, an equidistant horizontal-subgrid is introduced for finer resolving the topography. The surface fluxes of momentum, sensible and latent heat, long-wave radiation, soil heat flux and wetness as well as the surf ace-energy balance are calculated in the usual approximations, however, employing the individual surface and soil properties of the subgrid cells. The averaged subgrid quantities serve as boundary values required for the model-grid calculations. Within the CTM the ESSM method leads to an intersection of the horizontal ESSM subgrid and the vertical CTM subgrid. Preliminary results representing an interim realization state of the ESSM demonstrate partially strong changes of the dry deposition rates caused by subgrid-resolved surface properties. / Ein mesoskaliges nicht-hydrostatisches Atmosphärenmodell ist um ein Chemie-TransportModul (CTM) zur Berücksichtigung der Triaden-Komponenten NO, N02 und 03 sowie um ein Verfahren zur verfeinerten Auflösung der topographischen Unterlage (explicit surface-subgrid modul ESSM) erweitert worden. CTM: Die simulierten zeitabhängigen Konzentrationsfelder sind das Resultat folgender modellierter Prozesse: Anthropogene Emission in verschiedenen Höhenschichten, biogene Emission, trockene Deposition (Rezeption), die speziellen chemischen Umwandlungen, turbulente Diffusion und passiver Transport. Da der Schwerpunkt der Prozesse und die höchsten Konzentrationsgradienten innerhalb der bodennahen ersten Modellschicht vorliegen, werden die Berechnungen in dieser Schicht auf einem verfeinerten vertikalen Untergitter durchgeführt. ESSM: Unabhängig von den Eigenheiten des CTM wird für alle untergrundbezogenen meteorologischen Größen ein regelmäßiges horizontales Untergitter zwecks Berücksichtigung des subskalig aufgelösten topographischen Untergrundes eingeführt. Auf diesem Untergitter werden in den bisherigen Näherungen alle Oberflächenflüsse für Impuls, fühlbare und latente Wärme, langwellige Strahlung, der Bodenwärmefluß, die Bodenfeuchte sowie die Energiebilanz am Boden berechnet. Die über die Untergitterzellen gemittelten Werte dienen den weiteren Berechnungen im normalen Modellgitter als die erforderlichen Randwerte. Innerhalb des CTM führt die ESSM-Methode zu einer Überlagerung des vertikalen CTM-Untergitters mit dem horizontalen Untergitter des ESSM. Erste Simulationsergebnisse, die dem derzeitigen Stand in der Realisierung des ESSM entsprechen, erbringen teilweise stark veränderte Depositionsraten infolge der Berücksichtigung der horizontal feiner aufgelösten Topographie.

Das Wolkenmodul LECLOUD (Devantier (1995), Raabe u.a. (1996)) wurde durchgesehen und eine Reihe von Korrekturen und Verbesserungen vorgenommen. Die Einbindung des ursprünglich nulldimensionalen Wolkenmoduls in das dreidimensionale GESIMA (GEsthachter SimulationsModell der Atmosphäre, siehe auch Kapitza (1987)) wurde überarbeitet und bezüglich Aerosol und Fallgeschwindigkeit konsistent gestaltet. Dadurch verbesserte sich die numerische Stabilität des Wolkenmoduls. Das wird anhand einer mehrtätigen Simulation gezeigt. Sie Simulationen werden mit einer zweidimensionalen Variante des GESIMA durchgeführt. / The cloud module LECLOUD was critically gone through and a number of corrections and enhancements were made. The implementation of the originally 0-dimensional cloud module in the three-dimensional GESIMA (GEsthacht Slmulaion Modell of Atmosphere, see Kapitza (1987)) was revised and made more consistent due to aerosol and fall-speed. So the numerical stability of the cloud module was improved. This is shown on the basis of a simulation over a period of several days at the basis of a two dimensional variant of GESIMA.

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.

In dieser Arbeit wird über Klimamessungen berichtet, die beide Autoren in den achtziger Jahren im Raum Leipzig durchgeführt haben. Damit wird ein erster Versuch der Darstellung stadtklimatologischer Differenzierungen in Leipzig unternommen. Anhand der mittleren Lufttemperaturen läßt sich die städtische Wärmeinsel nachweisen. Darüber hinaus wird eine kleinräurnige Niederschlagsverteilung von Leipzig angegeben.

Auf der Basis einer am Observatorium Collm erarbeiteten ALLEGRO-Datei mit 7800 Zitaten (Stand Mitte 1998) von Veröffentlichungen für das Gebiet der Dynamik der Hochatmosphäre wird eine Übersicht über die Entwicklung des Fachgebietes von den Anfängen bis zur Gegenwart gegeben. / On the basis of an ALLEGRO-file with 7800 quotations compiled at the Collm Geophysical Observatory it is given a survey of the development of the field of the dynamics of the upper atmosphere by the begins up to the present.

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.

Collm mesopause winds are analysed with respect to their correlation with 30 hPa northern hemispheric stratospheric winds and pressure level heights. Correlation maps, based on the period of December 1978 through November 1997, are presented for each month of the year, showing possible connections between the lower and upper middle atmosphere, partly owing to the 10-12-year oscillation (TTO). Although in winter due to the propagation of planetary waves into the mesosphere direct coupling between the different layers of the atmosphere especially during stratospheric warmings is possible, the strongest correlation between stratosphere and mesopause region is found in summer, which is for the most part connected with the solar cycle dependence of the middle atmosphere. / Die Mesopausenwinddaten vom Collm werden in Bezug auf ihre Verbindung mit stratosphärischen Winden und Druckhöhen in 30 hPa untersucht. Abbildungen der Korrelationskoeffizienten, basierend auf dem Zeitraum von Dezember 1978 bis November 1997 zeigen mögliche Verbindungen zwischen Stratosphäre und Mesopausenregion, zum Teil über die 10-12-jährige Schwingung (TTO) der Stratosphäre. Obwohl im Winter wegen der Ausbreitung planetarer Wellen in die Mesosphäre speziell während rascher Stratosphärenerwärmungen eine direkte Verbindung zwischen den Schichten der Atmosphäre auftritt, werden die stärksten Korrelationen im Sommer gefunden, größtenteils durch den Einfluß der TTO.