Während eines Experimentes an der Forschungsstation Melpitz des IfT (Institut für Tropossphärenforschung) im September 1997 wurden erstmalig zwei verschiedene Meßmethoden gleichzeitig eingesetzt, die flächengemittelte Lufttemperaturen (Akustische Tomographie - Leipziger Institut für Meteorologie (LIM)) sowie liniengemittelte fühlbare Wärmeflüsse (Scintillometertechnik - IfT) lieferten. Es konnte gezeigt werden, daß teilweise erhebliche Temperaturdifferenzen an einem Strahlungstag auf dieser oberflächlich betrachteten horizontal homogenen Wiese existieren. Die geringe Datenbasis, größtenteils bedingt durch die ungünstige Anströmrichtung während dieses Zeitraums, läßt noch keinen sicheren Schluß zu, ob diese horizontalen Temperaturdifferenzen für die ebenfalls beobachteten horizontalen Unterschiede der vertikalen fühlbaren Wärmeflüsse und damit für die manchmal in Melpitz beobachtete Nicht-Schließung der Energiebilanz verantwortlich sind. / During an experiment at the Iff field research station Melpitz in September 1997 for the first time two different techniques were used to determine simultaneously area averaged air temperatures (Acoustic Tomography -LIM) and line averaged sensible heat fluxes (Scintillation technique - IfT). lt could be shown that on a \'golden\' day appreciably large temperature differences occurred on this superficially considered horizontal homogeneous meadow. Because of the weak data base mostly due to difficult fetch conditions it could not be proven that these temperature differences led to the horizontal differences of vertical sensible heat fluxes and therefore to the sometimes observed non-closure of the energy balance in Melpitz.

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.

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.

Der Einfluss der direkten Sonnenstrahlung kann trotz Strahlungsschutz und Ventilation zu deutlichen Fehlern bei der Bestimmung der Lufttemperatur führen. Zur Verringerung des Strahlungsfehlers in einer ventilierten Hütte wurde um die Temperatur- und Feuchtesensoren doppelte Strahlungsschutzrohre angebracht. Vergleichsexperimente haben gezeigt, dass damit ein wesentlich besserer Schutz vor der direkten Sonnenstrahlung erreicht wurde. / The influence of direct solar radiation and – despite a radiation shelter and sufficient ventilation – may cause an overestimation of the air temperature. To reduce the influence of the direct radiation, a double radiation protection tube was mounted around the temperature sensor. A cross validation has demonstrated, that consequently a much better radiation protection was realized.

Das Jahr 1816 ist in die Klimatologie als das 'Jahr ohne Sommer' eingegangen. Der 1815 erfolgte Ausbruch des Vulkans Tambora auf der indonesischen Insel Sumbawa führte im darauffolgenden Jahr in vielen Teilen der Welt zu katastrophalen Missernten. Während in Nordamerika daran besonders die außerordentlich tiefen Sommertemperaturen Schuld waren, scheinen in Europa dafür sowohl die unter dem Durchschnitt liegenden Temperaturen wie auch die überdurchschnittlichen Regenmengen verantwortlich zu sein. Zeitgenössische Berichte wie auch Niederschlags- und Pegelaufzeichnungen aus verschiedenen Teilen Europas belegen eine besonders hohe Niederschlagstätigkeit im 'Erntemonat' Juli des Jahres 1816 und eine hohe Wasserführung der großen europäischen Ströme in den Jahren 1816 und 1817. / The year 1816 is known in climatology as the 'Year without Summer'. The eruption of the Tambora volcano on the Indonesian island Sumbawa in 1815 led to catastrophic crop failures over many parts of the world in the following year. Whereas in North America those failures originated from extraordinarily low summer temperatures, causes in Europe seem to have been below-normal temperatures as well as above-normal rainfall. Contemporary reports and also precipitation and river gauge measurements from different parts of Europe document enhanced precipitation in July 1816 ('Erntemonat') and high discharges of large European rivers in years 1816 and 1817.

Conventional micro-meteorological measuring methods are not particularly suitable for the investigation of the energy exchange under heterogeneous surface conditions. To consider the influence of the different surface properties, area-covered and spatially averaged meteorological measurements in combination with highly resolved simulations are necessary. In this context, the method of acoustic travel time tomography is introduced to provide information about the horizontal temperature and wind field. Within a field experiment (STINHO-1; Melpitz 2001) the tomographic system and conventional meteorological equipment were utilised inside the investigation area with an extension of several hundred meters (300 x 700 m2), which was arranged over areas with different surface properties: grassland and bare soil. The results of the field experiment show that differences between the measuring systems (insitu and remote sensing) exist and the heterogeneity of the underlying surface is visible in the near surface temperature and wind field at a scale, which can be resolved with highly resolved numerical models. Depending on the incoming solar radiation and the local advection regional distinctions in the air temperature and wind field as well as in the vertical sensible heat fluxes were observed. The investigations demonstrate that the sensitivity of the Acoustic Tomography is sufficient to verify gradients in the meteorological fields even when the horizontal differences are small. / Zur Untersuchung des Energieaustausches über heterogenem Gelände sind konventionelle mikro-meteorologische Messungen und Modellvorstellungen allein nicht ausreichend. Um den Einfluss unterschiedlicher Oberflächen besser berücksichtigen zu können, sind flächendeckende und räumlich mittelnde meteorologische Messungen kombiniert mit hoch aufgelösten numerischen Simulationen notwendig.In diesem Kontext wird die Methode der Akustischen Laufzeitomographie vorgestellt, mit der horizontale Wind- und Temperaturfelder in geeigneter Weise bereitgestellt werden können. Im Rahmen eines Feldexperimentes (STINHO-1; Melpitz 2001) wurde das tomographische System zusammen mit konventionellen meteorologischen Geräten in einem Untersuchungsgebiet mit einer Ausdehnung von mehreren hundert Metern (300 x 700 m2) über unterschiedlichen Oberflächen (Wiese und gepflügter Acker) eingesetzt. Die Ergebnisse des Feldexperimentes zeigen, dass Unterschiede zwischen den einzelnen Messverfahren existierten und die Heterogenität der Unterlage in den oberflächennahen Temperatur- und Windfeldern auf einer Skala sichtbar ist, die mit kleinskaligen numerischen Modellen aufgelöst werden kann. Die vorgestellten Untersuchungen demonstrieren, dass die Sensitivität der Akustischen Tomographie hinreichend ist, um Gradienten meteorologischer Felder auch bei geringeren horizontalen Unterschieden nachzuweisen.

Acoustic travel time tomography is presented as an experimental technique for remote monitoring of spatially averaged meteorological quantities, such as the virtual air temperature and the horizontal wind speed. This ground based remote sensing technique uses the nearly horizontal propagation of sound waves in the atmospheric surface layer. Here the acoustic travel time tomography was applied by measuring the travel time at defined propagation paths between several sound sources and receivers. The resulting sound speed was used to obtain estimates of the meteorological parameters. Several measuring campaigns were carried out to compare the acoustically derived data with conventional systems. The results of a cross validation during a field experiment in autumn 2000 are presented, where receivers at different heights above the ground were used. / Die Akustische Laufzeittomographie wird als ein Verfahren zur Fernerkundung räumlich gemittelter Größen, wie der virtuellen Temperatur und der horizontalen Windgeschwindigkeit, vorgestellt. Dieses bodengebundene Fernerkundungsverfahren beruht auf der annährend horizontalen Schallausbreitung in der atmosphärischen Grenzschicht. Das hier angewendete Verfahren der Laufzeittomographie beruht auf der Bestimmung der Ausbreitungszeit von Schallwellen zwischen mehreren Schallsendern und -empfängern. Die daraus abgeleitete Schallgeschwindigkeit liefert eine Information über die interessierenden meteorologischen Parameter. Eine Reihe von Feldexperimenten wurde durchgeführt mit dem Ziel, die akustisch bestimmten Größen mit denen konventioneller Verfahren zu vergleichen. Hier werden die Ergebnisse eines Vergleiches im Herbst 2000 präsentiert, bei dem die Schallempfänger in unterschiedlichen Höhen über dem Boden angebracht wurden.

A new German research consortium is investigating the causes and effects of the rapid rise of near-surface air temperatures in the Artic. Within the last 25 years a remarkable increase of the Arctic near-surface air temperature exceeding the global warming by a factor of two to three has been observed. The phenomenon is commonly referred to as Arctic Amplification. The warming results in rather drastic changes of a variety of climate parameters. For example, the Arctic sea ice has declined significantly. This ice retreat has been well identified by satellite measurements. However, coupled regional and global climate models still fail to reproduce it adequately; they tend to systematically underestimate the observed sea ice decline. This model observation difference implies that the underlying physical processes and feedback mechanisms are not appropriately represented in Arctic climate models. Thus, the predictions of these models are also likely to be inadequate. It is mandatory to identify the origin of this disagreement. / Ein neu geschaffenes deutsches Forschungskonsortium untersucht die Ursachen und Effekte des rapiden Anstiegs der bodennahen Lufttemperatur in der Arktis. Innerhalb der letzten 25 Jahre wurde ein bemerkenswerter Anstieg der Bodenlufttemperatur in der Arktis beobachtet, welcher die globale Erwärmung um den Faktor 2 bis 3 übersteigt. Dieses Phänomen wird als arktische Verstärkung bezeichnet. Diese Erwärmung resultiert vielmehr in einer drastischen Änderung einer Vielzahl von Klimarparametern. Beispielsweise ist das arktische Meereis deutlich zurückgegangen. Dieser Eisrückgang wurde durch Satellitenbeobachtungen gut beobachtet. Dagegen haben regionale und globale Klimamodelle immer noch Probleme, den Rückgang entsprechend zu reproduzieren. Sie tendieren dazu, den Meereisrückgang systematisch zu unterschätzen. Die Unterschiede zwischen Modell und Beobachtungen legen nahe, dass die grundlegenden physikalischen Prozesse und Rückkopplungsmechanismen nicht entsprechend in arktischen Klimamodellen repräsentiert werden. Somit sind wahrscheinlich auch die Vorhersagen der Modelle unzureichend. Es ist notwendig, den Ursprung dieser Unstimmigkeit zu identifizieren.

Während eines Experimentes an der Forschungsstation Melpitz des IfT (Institut für Tropossphärenforschung) im September 1997 wurden erstmalig zwei verschiedene Meßmethoden gleichzeitig eingesetzt, die flächengemittelte Lufttemperaturen (Akustische Tomographie - Leipziger Institut für Meteorologie (LIM)) sowie liniengemittelte fühlbare Wärmeflüsse (Scintillometertechnik - IfT) lieferten. Es konnte gezeigt werden, daß teilweise erhebliche Temperaturdifferenzen an einem Strahlungstag auf dieser oberflächlich betrachteten horizontal homogenen Wiese existieren. Die geringe Datenbasis, größtenteils bedingt durch die ungünstige Anströmrichtung während dieses Zeitraums, läßt noch keinen sicheren Schluß zu, ob diese horizontalen Temperaturdifferenzen für die ebenfalls beobachteten horizontalen Unterschiede der vertikalen fühlbaren Wärmeflüsse und damit für die manchmal in Melpitz beobachtete Nicht-Schließung der Energiebilanz verantwortlich sind. / During an experiment at the Iff field research station Melpitz in September 1997 for the first time two different techniques were used to determine simultaneously area averaged air temperatures (Acoustic Tomography -LIM) and line averaged sensible heat fluxes (Scintillation technique - IfT). lt could be shown that on a \''golden\'' day appreciably large temperature differences occurred on this superficially considered horizontal homogeneous meadow. Because of the weak data base mostly due to difficult fetch conditions it could not be proven that these temperature differences led to the horizontal differences of vertical sensible heat fluxes and therefore to the sometimes observed non-closure of the energy balance in Melpitz.

Zur Validierung des Verfahrens der akustischen Tomographie, das als Fernerkundungssverfahren trägheits- und berührungslos arbeitet, werden Vergleichsmessungen mit herkömmlichen Sensoren für die Lufttemperatur und Luftfeuchte durchgeführt. Dabei zeigen sich die Grenzen der Erfassung dieser Größen in Bezug auf Strahlungseinfluss und Trägheit der Messgeräte. Hier werden einige Probleme bei der Verwendung konventioneller Hütten und Lösungsvorschläge aufgezeigt. / In order to validate measurements with the acoustic tomography, which operates as an remote sensing system lagless and contactless, comparison measurements were performed with conventional sensors for the air temperature and humidity. The accuracy of these quantities is limited by the radiation influence and the lag of the instruments. Here some difficulties are pointed out by using conventional shelters and solutions are demonstrated.