While the diurnal, semidiurnal and terdiurnal tides in the mesosphere / lower thermosphere (MLT) have been observed from the ground and from satellites, the quarterdiurnal tide (QDT), with a period of 6 hours, has been investigated on a few occasions only. Therefore, meteor radar observations of horizontal winds in the MLT near 90 km at Collm (51°N, 13°E) and Obninsk (55°N, 37°E) have been used to analyse the seasonal variability of the QDT at middle latitudes. At both sites the zonal amplitudes show a clear maximum in winter and another one during spring. The meridional amplitudes are weaker, but show a similar seasonal cycle. Generally amplitudes are not large and maximise at 3.5 m/s for the zonal amplitude on a climatological mean. Amplitudes and phases, the latter expressed in local time, at Collm and Obninsk are similar, indicating that most of the observed 6-hour oscillation at higher midlatitudes is due to the migrating QDT. Obninsk amplitudes show an interdecadal variation with smaller values during the 1990s and larger ones during the 2000s. / Während die ganztägigen, halbtägigen und dritteltägigen Gezeiten in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre (mesosphere/lower thermosphere, MLT) vergleichsweise häufig durch bodengebundene und Satellitenmessungen untersucht wurden, gilt dies nur sehr eingeschränkt für die vierteltägigen Gezeiten (quarterdiurnal tides, QDT). Daher werden hier Radarmessungen des horizontalen Windes über Collm (51°N, 13°E) und Obninsk (55°N, 37°E) bei 90 km Höhe herangezogen, um den mittleren Jahresgang der QDT in mittleren Breiten zu analysieren. Es zeigt sich, dass an beiden Messstationen ein Maximum der Amplituden im Zonalwind auftritt, begleitet von einem weiteren im Frühjahr. Die Amplituden sind nicht sehr groß, und betragen für den Zonalwind 3-4 m/s im langzeitigen Mittel im Winter. Die Amplituden im meridionalen Wind sind etwas geringer, zeigen aber einen ähnlichen Jahresgang. Amplituden und Phasen, letztere ausgedrückt in lokaler Zeit, sind über Collm und Obninsk ähnlich, was auf einen bedeutenden Anteil der migrierenden QDT hinweist. Die Amplituden über Obninsk weisen eine interdekadische Variation auf, mit geringeren Amplituden in den 1990ern und größeren nach den Jahr 2000.

Mesosphere/lower thermosphere (MLT) zonal winds measured by a VHF meteor radar at Collm, Germany (51.3°N, 13.0°E) during late winter 2015/2016 show very strong westerly winds above about 90 km, but not below that height. This anomaly appears during a very strong El Niño event. The comparison of Niño3 equatorial sea surface temperature index and the Collm MLT wind time series starting in 2004 shows that in January and especially in February zonal winds are positively correlated with the Niño3 index. The signal is strong for the upper altitudes (above 90 km) accessible to the radar observations, but weakens with decreasing height. This reflects the fact that during El Niño years the westerly winter middle atmosphere wind jet is weaker on an average, and this is also the case with the easterly lower thermospheric jet. The El Niño effect on the meridional wind is weak. The experimental results can be qualitatively reproduced by numerical experiments using the MUAM mechanistic global circulation model with prescribed tropospheric temperatures and latent heat release for El Niño and La Niña conditions. / Der Zonalwind in der oberen Mesosphäre/unteren Thermosphäre über Collm (51.3°N, 13.0°E) in der zweiten Hälfte des Winter 2015/2016 weist eine besonders starke westliche Komponente oberhalb von etwa 90 km auf. Diese Anomalie erfolgte während eines sehr starken El Niño-Ereignisses. Der Vergleich von Collmer Zonalwinden seit 2004 und dem Niño3-index zeigt im Januar und besonders Februar eine positive Korrelation. Diese ist stark oberhalb von 90 km, nimmt aber nach unten hin ab. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass während El Niño-Jahren im Mittel der stratosphärische/mesosphärische Westwindjet schwächer ist. Dieses Signal kehrt aber in der oberen Mesosphäre um, so dass der thermosphärische Ostwindjet ebenfalls schwächer ist. Der Effekt auf den meridionalen Wind ist schwächer. Die Beobachtungen können mit Modellexperimenten qualitativ reproduziert werden.

Ein neues C02-Parametrisierungsschema, das variable CO2-Konzentrationen im gesamten Höhenbereich von 15 - 150 km zuläßt, wurde in das Kölner Zirkulationsmodell der mittleren Atmosphäre (COMMA) implementiert und der Einfluß einer C02-Erhöhung im Bereich von 10% - 100% auf die Zirkulation der mittleren Atmosphäre untersucht. Die C02-Erhöhung bewirkt eine starke Abkühlung der gesamten mittleren Atmosphäre von 20 km bis zum oberen Modellrand mit Maximalwerten von 20 K in der Stratopause und höheren Werten in der unteren Thermosphäre bei CO2-Verdoppelung. Weiterhin wird eine starke Dämpfung der halbtägigen Gezeitenamplitude beobachtet, die das mittlere Windfeld und die Meridionalzirkulation in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre durch die Abnahme der Impulsablagerung aus den brechenden Gezeiten modifiziert. Die stärkste Dämpfung zeigt sich im Bereich niederer Breiten der Nord- und Südhemisphäre. Langzeitwindmessungen in der Mesopausenregion bestätigen den abnehmenden Trend der halbtägigen Gezeit. Daraus folgt, daß dieser Trend wahrscheinlich eine Folge der anthropogenen C02-Emission sind. / Using a state of the art C02 parametrization scheme for the middle atmosphere with variable C02 concentration, a comprehensive model study on C02 increase ranging from 10% - 100% above the present concentration has been performed. Strong cooling is present throughout the middle atmosphere from 20 km up to the top of the model domain with maximum values of about 20 K in the stratopause and even higher values in the lower thermosphere for the double C02 case. Besides this, damping of the semidiurnal tide modifies the mean wind field in the mesosphere/lower thermosphere region by weaker deposition of momentum from tidal breakdown. Strongest damping appears in the low latitude region. Long term midlatitude wind measurements in the mesopause region confirm these model results. Therefore the decrease of the semidiurnal amplitude is probably due to anthropogenic C02 emission.

Langzeitmessungen des Windfeldes in der Mesopausenregion (~ 92km) an verschiedenen Stationen in den mittleren Breiten der Nordhemisphäre zeigen systematische zonale Variationen beim (zeitlich) gemittelten Zonal- und Meridionalwind und bei den Amplituden und Phasen der halbtägigen Gezeiten. Als eines der herausragenden Muster, die zonale Variationen in der unteren mittleren Atmosphäre anregen, wird der Einfluß der Geopotentialstörungen zur zonalen Wellenzahl 1 und 2, die mit dem winterlichen stratosphärischen Polarwirbel verbunden sind, auf das Windfeld in der oberen Mesosphäre / unteren Thermosphäre numerisch mit dem COMMA-Modell der mittleren Atmosphäre untersucht. Die Modellergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung der zonalen Variationen des mittleren Zonalwindes, die im Breitenbereich 52ÆN bis 56ÆN beobachtet werden und in der Größenordnung von 10 - 20 m/s liegen. Auch die halbtägigen Gezeitenamplituden und -phasen zeigen qualitative und quantitative Übereinstimmungen zwischen Beobachtungen und Modellergebnissen. / Long-term time series of wind field observations in the upper mesosphere / lower thermosphere region at different locations in the midlatitude region indicate longitudinal variability in the (time-) mean zonal and meridional wind and in the amplitudes and phases of the semidiurnal tide, too. Being one of the prominent patterns forcing zonal inhomogenities in the lower middle atmosphere, the influence of the zonal wavenumber 1 and wavenumber 2 disturbances connected with the winter Northern Hemisphere stratospheric polar vortex on the mesosphere- / lower thermosphere wind field is numerically investigated with the COMMA model. The model results show that the zonal variations through the stationary waves coincide with typical observed mean zonal wind differences between different stations along the midlatitude belt between 52ÆN and 56ÆN with values about 10- 20 m/s. Also, the amplitude and phase variations of the semidiurnal tide show qualitative and quantitative agreements between model results and observations.

The horizontal winds in the mesosphere and lower thermosphere (MLT) at heights of about 80-100 km have been measured by the SKiYMET meteor radar at Collm, Germany (51.3°N, 13°E). The radar has been operating continuously since July 2004, and the data from December 2004 – December 2009 were used for constructing a climatology of the 8-h tide. The 8-h tide appears to be a regular feature in the MLT. In particular, the amplitude shows a clear seasonal behaviour, with maximum values around the equinoxes, and generally an increase with height. The largest amplitudes occur in autumn, sometimes reaching values above 15 m/s, but they are significantly smaller during summer (~1 m/s). The phase is early in winter and advances to later times in summer. In general, the phase difference between the zonal and meridional components is close to +2 h. The vertical wavelengths are short in summer (~30 km) but significant longer during the rest of the year. The results were compared with observations from locations of different latitudes.

The 2009 solar minimum 23/24 has been characterized by an anomalous strong decrease in thermospheric density. We analyze anomalies of mesosphere/lower thermosphere parameters possibly connected with this effect. Nighttime mean low-frequency reflection heights measured at Collm, Germany, show a very strong decrease after 2005, indicating a density decrease. This decrease is also visible in mean meteor heights measured with a VHF meteor radar at Collm. It is accompanied by an increase/ decrease of gravity wave (GW) amplitudes in the upper mesosphere/lower thermosphere. On the decadal scale, GWs are negatively correlated with the background zonal wind, but this correlation is modulated in the course of the solar cycle, indicating the combined effect of GW filtering and density decrease.

Am Geophysikalischen Observatorium Collm, das 1932 als experimentelle Basis des Geophysikalischen Institutes der Universität Leipzig für meteorologische, seismologische und geomagnetische Messungen von Professor LUDWIG WEICKMANN errichtet worden war, wurde 1956 in Vorbereitung des Internationalen Geophysikalischen Jahres (International Geophysical Year [IGY]) mit hochattnosphärischen Messungen begonnen. Seit 1959 liegt der Schwerpunkt auf Windmessungen im Höhenbereich der oberen Mesosphäre / unteren Thermosphäre (80 - 110 km). Die Meß- und Auswertemethode wurde in den vergangenen Jahrzehnten aus sehr bescheidenen Anfängen heraus theoretisch und experimentell so entwickelt, daß derzeit eine vollautomatische komplexe Apparatur zur quasi-kontinuierlichen Windmessung in drei Referenzpunkten über Mitteleuropa (gegenseitige Entfernung 200 km) zur Verfügung steht, die die Momentanwerte des Windes nach Richtung und Geschwindigkeit mißt, die zugehörige Höhe feststellt, Mittelwerte bildet, Grund- und Gezeitenwind voneinander trennt und Höhen-Wind-Profile über vorgebbare Zeitabschnitte rechnet, aus denen letztendlich Höhen-Zeit-Schnitte der Windfeldparameter konstruiert werden können. Die vorliegende Arbeit skizziert die einzelnen Etappen dieser Entwicklung, berichtet von Problemen und ihrer Lösung und gibt Beispiele von Windfeldanalysen aus dem Jahre 1992. / The Collm Geophysical Observatory was founded by Professor L. WEICKMANN in 1932 as an experimental base of Leipzig University's Geophysical Institute for meteorological, seismological and geomagnetic observations. In 1956 as a preparation for the Internal Geophysical Year (IGY) we began with high-atmosphere measurements, and since 1959 wind measurements in the height range of the upper mesosphere / lower thennosphere (80 - 110 km) have been emphasized. During the past decades the method of measuring and analysing was developped theoretically and experimentally from primitive Starts so far, that at present a fully automatic and complex equipment with quasi-continuous measurements of the wind at three reference points within Central Europe (mutual distance 200 km) is available. These devices measure the instantaneous data of the wind according to direction and velocity, ascertain the corresponding height, calculate averages, separate the tidal wind components from the prevailing wind, and compute height wind-profiles for adjustable periods of time, from which height-time cross section of the wind field parameters can be finally constructed. The following paper outlines the particular stages of this development, informs about problems and their solution, and offers examples of wind field analyses for 1992.

The state and variability of the thermosphere/ionosphere system can be described by the total electron content (TEC). The solar forcing through ionisation is dominant. But there are transport processes of the ionized plasma through thermospheric wind systems which cause anomalies in the behaviour of the electron density. An important question in this context is, whether signals of planetary waves (PW) from middle atmosphere may be detected in ionospheric disturbances of the total electron content. A direct penetration of PW into the thermosphere is not possible, but indirect mechanism of modulation of solar tides are not debarred. Thus, the analysis of hemispheric TEC-maps in combination to stratospheric reanalysis data and other atmospheric measurements may help to investigate the problem of vertical coupling. This study presents signatures of winter stratospheric planetary waves visible in the ionospheric TEC. The westward propagating component having zonal wavenumber 1 reveals a correspondence between the stratosphere and ionosphere for periods of quasi 16-, 7- and 4-days close to the atmospheric normal modes. / Der Zustand und die Variabilität des Systems der Thermosphäre/Ionosphäre lassen sich durch den totalen Elektronengehalt (TEC) beschrieben. Wenn gleich der solare Antrieb durch Ionisation überwiegt, gibt es Transportprozesse des ionisierten Plasma durch thermospherische Windsysteme, welche Anomalien in der Elektronendichte verursachen. Eine in diesem Zusammenhang wichtige Frage ist, ob sich Signale planetarer Wellen der mittleren Atmosphäre in ionosphärischen Störungen im Gesamtelektronengehalt finden lassen. Eine direkte Ausbreitung planetarer Wellen (PW) in die Thermosphäre ist nicht möglich, aber indirekte Mechanismen wie die Modulation durch solare Gezeiten werden nicht ausgeschlossen. Deshalb werden hier Analysen von hemisphärischen TEC-Karten in Kombination mit stratosphärischen Reanalyse-Daten und anderen atmospherischen Messungen durchgeführt, um das Problem der vertikalen Koppelung zu untersuchen. Diese Studie hier zeigt, dass sich Signaturen von stratosphärischer planetarer Wellenaktivität im Winter auch im ionosphärischen TEC abbilden. Die westwärtswandernde Komponente mit Wellenzahl 1 zeigt offenbar eine gute Übereinstimmung zwischen der Stratosphäre und Ionsphäre mit Perioden von quasi 16-, 7-, 4-Tagen, welche nahe denjenigen der atmosphärischen Normalmoden liegen.

A mechanistic global circulation model is used to simulate the mesospheric and lower thermospheric circulation during austral winter. The model includes a gravity wave (GW) parameterization that is initiated by prescribed GW parameters in the troposphere. In standard configuration, these waves are described by a simple distribution with large amplitudes in the winter hemisphere and small ones in summer. Here we replace this distribution by a more realistic one, which is based on observations of potential GW energy using GPS radio occultations, but which is normalized to the same global mean amplitude. The model experiment shows that this new gravity wave distribution leads to weaker zonal winds in the mesosphere, a downward shift of the meridional poleward mesospheric wind jet, enhanced downwelling in the mid-to-high-latitude winter mesosphere and warming of the polar stratopause. / Ein globales mechanistisches Zirkulationsmodell wird verwendet um die Dynamik der Mesosphäre und unteren Thermosphäre im Südwinter zu simulieren. Das Modell beinhaltet eine Schwerewellenparametrisierung die durch eine vorgeschriebene Schwerewellenverteilung in der oberen Troposphäre angetrieben wird. In der Standardkonfiguration besteht diese aus einer einfachen zonal gemittelten Verteilung mit größeren Amplituden im Winter als im Sommer. Wir ersetzen diese Verteilung durch eine realistischere, die auf der beobachteten globalen Verteilung der potentiellen Energie von Schwerewellen basiert und auf die gleiche global gemittelte Amplitude normiert wird. Das Modellexperiment zeigt, dass die neue Schwerewellenverteilung zu schwächeren zonalen Winden in der Mesosphäre, einer Verschiebung des meridionalen Jets nach unten, verstärkten Abwinden in der Mesosphäre mittlerer und höherer Breiten im Winter, und einer Erwärmung der polaren Winterstratopause führt.

The possibility of using terrestrial television (TV) broadcast signals (TVBS) as sounding signals for mesosphere-lower thermosphere (MLT) wind measurements by the radio meteor method is investigated. Such approach allows to use external TV transmitters as sounding signal sources and consequently to reduce costs of measurements. It is shown that meteor trails in the area above the receiver should be selected to eliminate MLT wind measurement ambiguity. Results of experimental observations are presented. Validation of the results has been performed using datasets from the Thermosphere-Ionosphere- Mesosphere Energetics and Dynamics (TIMED) satellite and a SKiYMET meteor radar (Collm Observatory, Germany). It is shown that the obtained experimental results and TIMED mean winds are correlated with a correlation coefficient of 0.58 (significance level 0.95 according to a t-test). The measurements show for the first time that terrestrial television broadcast signals can be used for MLT wind measurements and that the developed technique may be used for MLT wind monitoring on the base of the existing terrestrial TV broadcasting network.