Using measurements, derived from a meteor radar in Collm (51.3°N, 13°E), the mesopause region is analyzed with respect to the temperature distribution at an altitude of 90 km over a period of 10 years. The analyzed period lasts from 2005 till 2013. Based on these measurements, the typical temperature seasonal cycle of the mesopause region can be observed. The temperature reaches its minimum of about 130 K in summer and its maximum of about 220 K in winter. At this altitude, also strong day-today- fluctuations of up to 35 K exist, which are probably partly induced by planetary waves. Shorter-period oscillations with a period between 2 and 6 days have maximum amplitudes during summer, while longer-period oscillations with a period between 7 and 20 days maximize during winter. During the measurement period the amplitudes of oscillations with periods between 4 and 6 days, which may be attributed to the quasi-5-day-wave, increase with time. / Auf der Grundlage von Messungen eines Meteorradars in Collm (51.3°N, 13°E), die in einer Höhe von 90 km erfolgten, was in etwa der Mesopause entspricht, wird die Temperatur hinsichtlich ihres Jahresganges und insbesondere ihrer Variationen in einem Messzeitraum von 10 Jahren analysiert. Der analysierte Zeitraum erstreckt sich von 2005 bis 2013. Anhand der Daten kann man den typischen Jahresgang der Temperatur in der Mesopausenregion erkennen. Die Temperatur erreicht im Sommer das Minimum bei etwa 130 K und im Winter das Maximum bei etwa 220 K. Zudem treten starke Tag-zu-Tag-Fluktuationen auf, die im Maximum 35 K betragen. Diese werden vermutlich durch planetare Wellenaktivität der Atmosphäre hervorgerufen. Hierbei spielen im Sommer die kurzwelligen und im Winter die langwelligen Oszillationen, letztere mit Perioden größer 7 Tage, die wesentliche Rolle. Ferner sind innerhalb des Messzeitraums zunehmende Amplituden von Oszillationen mit Perioden zwischen 4 und 6 Tagen (quasi 5-Tage-Welle) zu erkennen.

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.

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.

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.

Mesopause region horizontal winds have been measured over Collm during winter 2000/2001 to investigate the response of the mesosphere/lower thermosphere region to a major stratwarm. The stratospheric warming resulted in a reversal of both the zonal and meridional wind. In the zonal component, this reversal was due to a planetary oscillation with period 10 days, which was even more pronounced in the vertical gradients, so that the stratwarm effect on the mesopause was owing to the superposition of an intensifying planetary wave (PW) and a slow overall decrease of the zonal prevailing winds. An effect of the stratospheric warming on the semidiurnal tide is also visible, namely by a decrease of the tidal amplitudes and rapid phase shifts in the order of 2 – 3 hours to later values. / Um die Auswirkungen von raschen Stratosphärenerwärmungen (Stratwarm) auf das Windfeld der Mesopausenregion zu untersuchen, wurden Messdaten des Horizontalwindes über Collm in den Monaten Januar und Februar 2001 untersucht, in denen eine große Stratosphärenerwärmung auftrat. Der Stratwarm zeigte sich im Windfeld in einer Höhe durch einen Rückgang des zonalen Grundwindes, sowie durch besonders starken Nordwind. Im Zonalwind zeigte sich eine deutliche Welle mit 10-tägiger Periode, die vermutlich den Stratwarm auslöste. Das hatte zur Folge, dass das Windfeld der Mesopausenregion während Stratwarm durch eine planetare Welle, sowie einen überlagerten Rückgang des Vertikalwindgradienten zusammengesetzt war. Ein Effekt des Stratwarm auf die halbtägigen Gezeiten war ebenfalls zu erkennen; die Gezeitenamplituden sind während der Stratosphärenerwärmung reduziert und die Phase liegt in einem kurzen Zeitraum um 2 – 3 Stunden später.

Seit August 2004 wird am geophysikalischen Observatorium Collm (51.3° N, 13° E) ein SKiYMET Meteor-Radar betrieben. Dieses liefert seitdem kontinuierliche Temperaturwerte und Windmessungen. Die Grundlage des Messverfahrens stellt ein stetiger Fluss von Meteoren dar, die in einer Höhe von 75-105 km verglühen. Aus den mit dem Radar bestimmten Positionen der Meteore können Temperaturen in der Mesopausenregion abgeschätzt werden. Für die Darstellung des Jahresganges wurden Tagesmittelwerte genutzt. Dabei tritt im Sommer ein Temperaturminimum mit ca. 170 K auf. Im Winter ist die Situation durch Temperaturen von 205 K und starker planetarer Wellenaktivität gekennzeichnet. Desweiteren konnte eine Klimatologie für die ganz-, halbtägigen und 8-stündigen Gezeiten erstellt werden. / Since August 2004 a SKiYMET meteor-Radar is operated at the geophysical Observatory Collm, Germany (51.3° N, 13° E). The radar provides a continuous time series of temperature and wind measurements. The bases for this method is a steady flux of meteors entering the earth’s atmosphere. In an altitude between 75-105 km they form a cylindrical plasma trail, which reflects radar signals. Hence the system can determine the positions of the meteors, which are used to estimate mesopause region temperatures. For the diagram of the seasonal change we used daily mean temperatures. The summer shows a temperature minimum with 170 K. During the Winter we observed temperatures about 205 K and a stronger planetary wave activity. Another part was the generation of a climatology for the diurnal, semidiurnal und terdiurnal tide.

Windmessungen im Mesopausenbereich über Mitteleuropa (Collm, 52°N, I5°E) werden im Hinblick auf Langzeittrends und eine eventuelle Abhängigkeit vom 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus hin untersucht. Der Einfluß der solaren Variabilität ist jahreszeitenabhängig; nur in Frühjahr und Sommer wird eine signifikante Korrelation gefunden. Im Sommer ist diese Abhängigkeit mit stärkeren vertikalen Gradienten des mittleren zonalen Grundwindes im solaren Maximum verbunden. Dies weist auf einen Ursprung dieser Abhängigkeit in der Stratosphäre/Mesosphäre sowie auf Koppelungsmechanismen zwischen Stratosphäre, Mesosphäre und unteren Thermosphäre hin. Da die 2-Tage-Welle vom Gradienten abhängt, führt dies zu einer positiven Korrelation zwischen der Amplitude der 2-Tage-Welle und der Sonnenfleckenrelativzahl. / Mesopause winds over Central Europe (Collm, 52°N, I5°E) are analysed with respect to longterm trends and 11-year solar cycle dependencies. The response of the prevailing wind to the solar cycle differs throughout the year. While in winter no significant correlation between the zonal prevailing wind and the solar activity is found, in spring and summer a negative correlation between solar activity and zonal prevailing wind can be seen from the measurements. This is connected with strenger vertical gradients of the zonal prevailing wind during solar maximum than during solar minimum. This hints to a forcing of the mesopause region dynamical reaction on solar activity from the stratosphere/mesosphere and to coupling processes in the stratosphere-mesosphere-lower thermosphere system. Since the amplitude of the quasi twoday wave is dependent on the zonal mean wind gradient, this is connected with a positive correlation between solar activity and quasi two-day wave activity.

Aus täglichen Analysen des sommerlichen zonalen Grundwindes im Mesopausenbereich, der am Observatorium Collm der Universität Leipzig gemessen wurde, werden niederfrequente Variationen im Zeitbereich planetarer Wellen (10 - 20 Tage) bestimmt. Obwohl die direkte Ausbreitung derartiger Wellen durch die stratosphärischen und mesosphärischen Ostwinde verhindert wird, werden in manchen Jahren trotzdem Oszillationen gemessen, die mit planetaren Wellen im Zusammenhang stehen können. Dies unterstützt die Theorie, daß sich planetare Wellen von der Winterhalbkugel entlang der Zonen schwachen Windes bis in die Mesopausenregion mittlerer und polarer Breiten ausbreiten. Betrachtet man die interanuelle Variabilität dieser Wellen, fällt eine Abhängigkeit von der äquatorialen quasi 2-jährigen Schwingung (QBO) auf, wobei während der Ostphase der QBO die Wellenaktivität gering ist, während sie in der Westphase der QBO stärker sein kann. Der Einfluß der QBO auf die sommerliche Wellenaktivität wird vom 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus moduliert, wobei während des solaren Maximums stärkere Aktivität zu verzeichnen ist. / From daily estimates of the summer mesopause region zonal prevailing wind measured at the Collm Observatory of the University of Leipzig long-term variations in the period range of planetary waves (10-20 days) are detected. Although the direct propagation of these waves from lower layers into the mesosphere is not possible because of the wave filtering in the summer stratospheric and mesospheric easterlies, in some years oscillations are found that can be connected with planetary waves, supporting the theory of the propagation of these waves from the equatorial region to the midlatitude and polar upper mesosphere along the zero wind line. The interannual variability of these waves shows a dependence on the equatorial quasi-biennial oscillation (QBO), so that in general during the east phase of the QBO the planetary wave activity is small, while during the QBO west phase it can be larger. The influence of the QBO on the planetary wave activity is modulated by the I I-year solar cycle, so that the strongest signal is found during solar maximum.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:19:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcia Figueiredo Leite.pdf: 1188074 bytes, checksum: 604cf56aebeabeee9a6405b49c1c86fc (MD5) Previous issue date: 2012-05-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / During the northern hemisphere winter the stratospheric polar temperature increases abruptly. On some occasions, the stratospheric polar region experience more intense heating, which are accompanied by a reversal in the zonal mean circulation. These events are classified as sudden stratospheric warming. Some studies showed intense connection between the events of abrupt warming of the Northern Hemisphere polar stratosphere and mesospheric cooling of the region, as well as between these events and disturbances in the mesosphere and the ionosphere at middle and low latitudes, including the equatorial region. The objective of this study was to investigate possible effects of sudden warming event in stratospheric polar temperature behavior of the equatorial region near the menopause. In this sense, temperature data estimated from meteor radar measurements obtained at São João do Cariri-PB (7.4°S, 36.5°W) were analyzed together with data from the polar stratosphere, provided by National Centre for Environmental Prediction (NCEP). Analyzing the results it was found that during the sudden stratospheric warming major the mesopause temperatures on the São João do Cariri are lower than during the stratospheric warming events considered minor. Also was verified an anti-correlation between the equatorial mean mesopause temperature and the temperature in the polar cap (poleward of 60 N) at 10 hPa, during Sudden Stratospheric Warming Major events. / Durante o inverno do hemisfério norte a temperatura da estratosfera polar aumenta de forma brusca. Em algumas ocasiões, a estratosfera polar experimenta aquecimentos mais intensos, os quais são acompanhados de uma inversão na circulação zonal média. Estes eventos são classificados como aquecimentos abruptos estratosféricos (Sudden Stratospheric Warming). Alguns estudos evidenciaram conexão entre os eventos intensos de aquecimento abrupto da estratosfera polar do hemisfério norte e o esfriamento da região mesosférica, assim como entre os eventos e perturbações presentes na mesosfera e na ionosfera em médias e baixas latitudes, incluindo a região equatorial. O objetivo deste trabalho foi investigar possíveis efeitos de evento de aquecimento abrupto da estratosfera polar no comportamento da temperatura da região próxima à mesopausa equatorial. Neste sentido, dados de temperaturas estimados a partir de medidas obtidas com radar meteórico em São João do Cariri-PB (7,4°S, 36,5°O) foram analisados juntamente com dados da estratosfera polar, fornecidos pelo National Centre for Environmental Prediction (NCEP). Analisados os resultados, verificou-se que durante evento intenso de aquecimento abrupto da estratosfera polar, as temperaturas da mesopausa sobre São João do Cariri são mais baixas do que durante os eventos de aquecimento estratosféricos considerados fracos. Também foram verificadas anticorrelações entre a temperatura próxima a região da mesopausa equatorial e a média zonal da temperatura da estratosfera polar durante eventos intensos de aquecimento abrupto da estratosfera.