Die mittlere Windgeschwindigkeit kann aus den Komponenten der Geschwindigkeit (Vektorwind) und aus dem Windweg eines Schalensternanemometers (Skalarwind) berechnet werden. Diese beiden Geschwindigkeiten werden verglichen, indem große Datensätze von Windmeßreihen hoher Auflösung, die mittels Ultraschallanemometer gewonnen wurden, benutzt werden. Der Skalarwind ist verursacht durch die Turbulenz immer größer als der Vektorwind, die Abweichungen betrugen bis zu 4%. Durch Benutzen von Normalverteilungen für die Komponenten des Windes wird eine analytische Lösung für diesen systematischen Fehler angegeben. Windmessungen mit einem Schalensternanemometer zeigen einen zweiten systematischen Fehler, das sogenannte Overspeeding. Dieses Verhalten wird durch ein einfaches Modell beschrieben. / Mean wind velocity can be calculated from the components of velocity (vector wind) and the wind way of a cup anemometer (scalar wind). The wind velocities resulting from different definitions of mean wind velocities are compared by using large dataset of fast-response wind measurements with an ultrasonic anemometer. It is found that the scalar wind is always greater then the vector wind up to 4% owing to the turbulence. Using Gaussian normal distribution for the components of wind velocity, an analytical solution is given for this systematic error. Wind velocity measured with cup anemometer shows second systematic error called overspeeding which is described by a simple mathematical model.

Hier werden einige Ansätze dargestellt, um das Schadenspotential von Stürmen abzuschätzen. Dabei sollen auch Aussagen zur Größenordnung des Schadens bei sehr unwahrscheinlichen Ereignissen gemacht werden. Die Naturgefahr Sturm wird getrennt nach außertropischen Zyklonen und Tornados betrachtet. Im ersten Fall werden empirische Verteilungsfunktion und mittels einer Markov Methode erzeugte synthetische Windreihen zur Abschätzung extremer Windgeschwindigkeiten genutzt. Eine Abschätzung der Böen wird durchgeführt und der Schaden mit Hilfe einer einfachen Beziehung zwischen Böengeschwindigkeit und Schaden ermittelt. Für die Abschätzung des Schadens im Falle eines Tornados werden von Dotzek angegebene Wahrscheinlichkeiten für Tornados in Deutschland und die Definition einer Tornadointensitätsskala als Schadensfunktion verwendet. / Some conceptions were explained, to estimate the risk of storm caused damages. The amount of damage by unlikely events is assessed. The natural hazard storm is considered separately for extratropical cyclones and tornadoes. Empirical distribution functions and synthetic series of wind speeds generated by a Markov chain model are used to derive the extreme wind speeds for cyclones. An estimation of gust speeds are performed and a simple relationship between gust speed and damage is applied. The likelihood of tornadoes to occur in Germany provided by Dotzek and the definition of an intensity scale are used to estimate the damage in the case of tornadoes.

When L-band radio waves of space based systems such as Global Positioning System (GPS) travel trough the ionosphere and plasmasphere their ray paths are perturbed due to the free electrons. Since the last decade these integrated measurements are used to map the ionosphere for navigational and scientific investigations. In November 2001 a polar plasma convection like ionospheric event has been recognised in vertical TEC maps produced with GPS data. This event on the one hand is shortly compared with the behaviour of the Interplanetary Magnetic Field (IMF) to which it may be related according to former publications. On the other hand the 3-dimensional tomography applying also GPS data is tested on its capability to reconstruct this ionospheric event in the European sector. The different mappings of the two monitoring methods are compared. / Wenn L-Band-Radiowellen raumgestützter Navigationssysteme wie das Global Positioning System (GPS) die Ionosphäre oder Plasmasphäre durchlaufen, werden Ihre Strahlwege durch die freien Elektronen verändert. Seit dem letzten Jahrzehnt verwendet man diese integrierten Messungen, um die Ionosphäre im Interesse der Navigation und der Wissenschaft abzubilden. Am Beispiel eines Ereignisses vom November 2001 wurde eine polare Plasmakonvektion in der Ionosphäre durch vertikale TEC –Karten (Total Electron Content), die ebenfalls mit Hilfe von GPS Daten erstellt werden, abgebildet. Einerseits wurde das Ereignis der Plasmakonvektion mit dem Verhalten des Interplanetaren Magnetischen Feldes (IMF) kurz verglichen und auf ihren Zusammenhang hin untersucht. Auf der anderen Seite wurde anhand dieses Ereignisses die Methode einer über den europäischen Raum aufgespannten auf GPS–Daten basierenden 3-dimensionale Tomographie auf ihre Reproduzierbarkeit hin geprüft. Die zwei verschiedenen Methoden des Ionosphärenmonitorings werden verglichen.

The mesopause region monthly mean winds and semidiurnal tidal amplitudes and phases over Central Europe in the height range between 85-105 km have been measured at Collm Observatory continuously since September 1982. The regular annual cycle of the semidiurnal tidal amplitudes show in all cases maximum values during late August and September. In contrast to that, in autumn 2002 no enhancement of the tidal amplitudes was measured, while the autumn tidal phase transition occurred unusually early. The unexpected behaviour of the semidiurnal tides seems to be connected with a very early autumn transition of the zonal prevailing winds. This suggests that in 2002 the zonal mean winds influence the tidal propagation in a different way than usual. / Die monatlich gemittelten Grundwinde und halbtägigen Gezeiten werden am Collm seit September 1982 im Höhenbereich zwischen 85-105 km gemessen. Der normale Jahresgang der halbtägigen Gezeiten zeigt maximale Amplituden im Winter und vor allem im Spätsommer/Herbst. Dieses Maximum ist im Jahre 2002 nicht zu verzeichnen. Dies ist begleitet von einer ungewöhnlich frühen Phasenänderung von der Sommer- zur Winterposition. Das Verhalten der Gezeiten scheint mit einer sehr frühen Änderung des zonalen Grundwindes vom Sommer- zum Winterregime verbunden zu sein, so dass die Anomalie der mittleren Zirkulation für die Gezeitenanomalie verantwortlich zu sein scheint.

The nighttime reflection height of low-frequency (LF) radio waves at oblique incidence is measured at Collm Observatory using 1.8 kHz sideband phase comparisons between the sky wave and the ground wave of a commercial 177 kHz LF transmitter. The measurements have been carried out continuously since September 1982, now allowing the analysis of trends and regular variations of the reflection height. In the time series is found a) a long-term negative trend and b) a solar cycle dependence, both confirming earlier measurements and theoretical estimations. Moreover, a significant oscillation of quasi-biennial period is visible in LF reflection heights, indicating a reaction of the midlatitude mesosphere/lower thermosphere region on the equatorial quasi biennial oscillation. / Am Observatorium Collm der Universität Leipzig werden die nächtlichen Reflexionshöhen von Langwellen auf 177 kHz unter Verwendung von Seitenbandinformationen in einem kleinen Bereich um 1.8 kHz gemessen. Die Messungen werden seit September 1982 durchgeführt und erlauben nunmehr Analysen von Langzeittrends und regulären Variationen der unteren Ionosphäre. Bei der Untersuchung der Zeitreihen fallen die folgenden Zusammenhänge auf: a)es existiert ein negativer Trend, welcher mit der Abkühlung der Stratosphäre in Zusammenhang steht, b) die Reflexionshöhe weist eine Modulation mit dem 11-Jährigen Sonnenfleckenzyklus auf und c) es ist eine deutliche quasi-zweijährige Schwingung sichtbar, die auf eine Kopplung der Mesosphäre und unteren Thermosphäre mit der äquatorialen Stratosphäre hinweist.

COMMA-LIM (Cologne Model of the Middle Atmosphere - Leipzig Institute for Meteorology) ist ein 3D-mechanistisches Gitterpuktsmodell, welches sich von ca. 0 bis 135 km in logarhitmischen Druckkordinaten z = -H ln(p=p0) erstreckt, wobei H=7 km und p0 den Referenzdruck am unteren Rand bezeichnet. Die vertikale Auflösung von COMMA-LIM wurde auf 48 Schichten erhöht. Zugleich wurde die Beschreibung des Strahlungsprozesses verbessert, zusammen mit den Beiträgen zur Temperaturbilanz durch atmosphärische Wellen und Turbulenz. Weitere Veränderungen betreffen die numerische Realisation der horizontalen Diffusion und des Filterproblems. Die Beschreibung ist unterteilt in den dynamischen Teil und die Strahlungsbeträge. Die jahreszeitlichen Klimatologien werden vorgestellt und diskutiert. / COMMA-LIM (Cologne Model of the Middle Atmosphere - Leipzig Institute for Meteorology) is a 3D-mechanistic gridpoint model extending up from 0 to 135 km with a logharithmic vertical coordinate z = -H ln(p=p0), where H=7 km and p0 is the reference pressure at lower boundary. The resolution of the 24 layer version has been increased to 48 layers and several improvements are made in the parameterisation of radiative processes, heating/cooling due to atmospheric waves and turbulence, as well as in the numerical realization of the horizontal diffusion and filtering. This description is divided into the section describing the changes in the dynamical part and the modifications in radiation routines. After all, the seasonal climatologies will be shown and discussed to demonstrate what the COMMA-LIM is capable of reproducing.

Mit Hilfe numerischer Simulationen wird gezeigt, dass manche Änderungen des klimatologischen Hintergrundwindfeldes zu instabilem mittleren Zonalwind in der mittleren Atmosphäre Sommerhemisphäre führen. Diese Instabilität treibt Oszillationen mit einer Periode um 2 Tage an, welche eine zonale Wellenzahl von s = 3 oder 4 aufweisen. Beobachtete Variationen des mittleren Windes stehen in Verbindung mit diesen numerisch gefundenen Schwingungen. Starke 2-Tage-Wellen wiederum sind instabil und können daher Wellen längerer Periodendauer und kleinerer Wellanzahl anregen. Dieser Effekt ist jedoch nur für sehr starke 2-Tage-Wellen signifikant. Effektiver ist ein Prozess, bei dem nichtlineare Wechselwirkung zwischen einer 10-14-Tage-Welle und der 2-Tage-Welle der zonalen Wellenzahl 4 eine neue quasi-2-Tage-Welle mit einer Periodendauer von 55-60 Stunden anregt. Diese Welle generiert sekundäre Wellen effektiver als die ursprüngliche 2-Tage-Wellen; die sekundären Wellen können beobachtet werden. / Basing on numerical calculations we have demonstrated that some changing of the climatological background atmosphere could lead to an unstable mean zonal wind distribution in the summer middle atmosphere. This instability forces oscillations propagating westward with a period of about 2 days and zonal wavenumbers s = 3 and/or 4. There are variations in the mean zonal wind distribution due to the excitation and transient propagation of these waves and numerical results correspond to features of these changes obtained in experimental studies. Strong 2-day waves in turn are unstable and can generate secondary waves with longer periods and lower zonal wavenumbers. This effect is significant only for very strong 2-day waves. It is shown that the 2-day wave with s=3 forced by non-linear interaction between 10-14 day planetary waves and the 2-day wave of zonal wave number 4 is unstable. This wave generates secondary waves of lower zonal wavenumbers more easily than the primary 2-day waves and these secondary waves may be observed.

Es erfolgt eine Darstellung der theoretischen Grundlagen, die für die Berechnung von inhomogenen optimalen Vektoren nötig sind. Diese Vektoren maximieren die Reaktion auf ein vorgegebenes Antriebsfeld und besitzen nach Ablauf der Optimierungszeit die größtmögliche kinetische Energie. Die inhomogenen optimalen Vektoren sind eng mit den Nullstellen der Nebenbedingung der Optimierungsaufgabe verknüpft, die die Gestalt eines Polynoms besitzt. Der Grad dieses Polynoms ist von der verwendeten Modellauflösung abhängig. Anhand eines barotropen Modells, welches um einen klimatologischen 300 hPa Grundstrom linearisiert ist, wird die Sensitivität der Störungen in Abhängigkeit von der Stärke des Antriebes untersucht. Das für die Berechnung der inhomogenen optimalen Vektoren benötigte Antriebsfeld ist die optimal korrelierte Stromfunktionstendenz im Falle eines blockierenden Hochs über dem Atlantik. Die Gestalt und Position der resultierenden Störungen besitzt Ähnlichkeiten mit beobachteten Blocking-Dipolen. / For linear inhomogeneous problems, a method is developed to maximize the response of a perturbation with fixed initial kinetic energy to a prescribed forcing field. These perturbations can be described as optimal, in the sense that they maximize linear disturbance growth (with respect to the kinetic energy) over a chosen integration period. The inhomogeneous optimal perturbations are found by calculating the roots of a polynomial, which represents the auxiliary condition of the optimization problem. The degree of this polynomial depends on the model truncation. For the numerical experiments a barotropic model triangularly truncated with global domain is used. The model is linearized about a 300 hPa climatological flow. The sensitivity of the inhomogeneous perturbations with respect to the strength of the forcing is investigated. The forcing needed for the calculation of the inhomogeneous optimal perturbations is the optimally correlated tendency field for the case of Atlantic blocking. The structure and position of the resulting perturbations are similar to observed blocking dipoles.

Durch die Verbrennung von Biomasse werden Partikel freigesetzt, die u.a. schwarzen Kohlenstoff enthalten. Dieser ist wesentlich für die Absorption der solaren Strahlung in der Atmosphäre verantwortlich. Um den Effekt der emmitierten Partikel auf den Strahlungshaushalt quantifizieren zu können, ist die Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Partikel nötig. Diese sind aber nur zum Teil bekannt. Dieser Bericht beschreibt eine Methode, die optischen Eigenschaften solcher Partikel unter Verwendung bestimmter Annahmen zu berechnen. Auÿerdem wird ein erster Vergleich zwischen berechneten Größen und Messungen aus Laborfeuern durchgeführt. / Biomass burning is an important source for particles containing black carbon, which is known as a strong light absorbing substance. To quantify the effect of such emitted particles on the radiation budget, the knowledge of their physical and chemical properties is necessary. Until now these properties are only partly known. In the following we describe a possibility of calculating the optical properties of such particles using certain simplifications. Also a first comparison between the calculated values and measurements from lab experiments is shown.

In diesem Beitrag werden Ansätze beschrieben, wie man aus flugzeuggetragenen Messungen von Eigenschaften atmosphärischer Extingenten die für Strahlungstransportrechnungen notwendigen Größen und Parameter rekonstruieren kann. Angewendet wird das Programm zur ersten Auswertung für bezüglich der Strahlung verschiedene atmosphärische Situationen. Die Daten hierzu wurden auf der ersten Messkampagne des Projektes INSPECTRO gesammelt. Es zeigt sich für den Fall einer Atmosphäre mit stratiformer Bewölkung eine gute Übereinstimmung mit den Messungen. Eine genaue Berechnung der Extinktion durchWolken mittels Tropfenspektren bringt derzeit keine Vorteile gegenüber einer einfachen Parametrisierung. Für den Fall eines durchbrochenen Wolkenfeldes ergeben sich lokal große Unterschiede zwischen Simulation und Messung. Dennoch läßt sich zeigen, daß die gemessenen und berechneten Felder des aktinischen Flusses einander sehr ähnliche statistische Eigenschaften haben. / In this article some methods to reconstruct an artificial three-dimensional atmosphere from flight measurement data are described. The artificial atmosphere shall accurately represent the scattering properties of the real atmosphere, that are necessary to perform radiative transfer simulations. The method is applied to conduct a preliminary analysis of several atmospheric situations corresponding to different sets of radiative properties. The analyzed measurement data was collected during the first measurement campaign within the INSPECTRO project. In the case of an atmosphere containing a stratiform cloud layer, the measurements and simulation results are in very good agreement. A more accurate calculation of the extinction of radiation within the clouds by way of accounting for measured droplet spectra does momentarily not lead to an improvement in comparison with the simple parameterization method. In the case of a broken cloud field the significant local discrepancies between the measurement data and simulation results are to be noted. Nevertheless it can be shown that the statistical properties of the measured and calculated actinic flux fields resemble each other very closely.