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Forschungsbericht 2000
 
 
Institut für Meteorologie
Institute of Meteorology

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Leiter Professor Dr. Gerd Tetzlaff
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Stephanstraße 3, 04103 Leipzig

(03 41) 97 32 850
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http://www.uni-leipzig.de/~meteo


 

Überblick

 

 
Forschungsprojekte
Research Projects

Veröffentlichungen
Publications

Vorjahre
Previous Years
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Membership of Committees

 

Forschungsprojekte / Research Projects

Säkulare Änderungen im Hochwassergeschehen Mitteleuropas
Long-time changes in the flood events in Central Europe

Prof. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de ), Dr. Michael Börngen, Wolfgang Feck-Yao

Auf der Basis kritisch bewerteter historischer Quellen sollen säkulare Änderungen im Hochwassergeschehen Mitteleuropas analysiert werden. Es werden Aussagen zu langfristigen Variationen im Wasserhaushalt und zu den meteorologisch-klimatologischen Bedingungen für das Auftreten von Extremsituationen erwartet. Dabei soll geklärt werden, ob es eine wechselnde Dominanz von Sommer- und Winterhochwässern gibt und ob sich Rhythmen, wie z.B. der solare Gleissberg-Zyklus, in den hydrographischen Daten widerspiegeln. Auch ist zu prüfen, ob Angaben zu größtmöglichen Wasserhöhen erreichbar sind. Für die Beantwortung dieser Fragen ist der Abschluss der Edition der Weikinn'schen hydrographischen Quellentexte (Zeitraum bis 1850) erforderlich.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Wellenpakete und optimale Vektoren in einem quasigeostrophischen Atmosphärenmodell
Wave packets and optimal vectors in a quasi-geostrophic model of the atmosphere

Dr. Uwe Harlander ( uwehar@dynamics.meteo.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Nico Hoffmann, Prof. Werner Metz, Dipl.-Ing. Jutta Rehnert

Ziel des Vorhabens ist es zu untersuchen, ob sich optimale Vektoren als Rossbywellenpakete auffassen lassen, die so im Grundstrom positioniert sind, dass sie innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne maximale Energie aus dem Grundstrom ziehen können. Damit wäre eine physikalische Interpretation für die Struktur von optimalen Vektoren gegeben.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Untersuchung transienter Wellenzüge in der Troposphäre der Südhemisphäre bei ruhiger und gestörter Stratosphäre
Investigation of transient waves in the troposphere of the southern hemisphere under quite an disturbed stratospheric conditions

Dr. Uwe Harlander ( uwehar@dynamics.meteo.uni-leipzig.de ), Dipl.-Met. Harald Heinrich, Prof. Werner Metz, Dipl.-Ing. Jutta Rehnert

In dem Projekt wird die Anregung langer transienter Wellen in der Stratosphäre der Südhemisphäre durch synoptische Störungen der Troposphäre untersucht. Die Untersuchung soll auf EZMWF-Analysedaten bzw. NCEP/NCAR-Reanalyse-Daten beruhen, aber insbesondere auch durch neue CHAMP-Satellitendaten ergänzt werden. Die relevanten Strukturen transienter Wirbel in der Troposphäre werden mittels der komplexen EOF-Analyse aufgespürt.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Wellen in Stratosphäre und unterer Thermosphäre aus Atmosphärensondierungen mit CHAMP
Waves in the stratosphere and lower thermosphere from atmospheric soundings using CHAMP

Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de ), Prof. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Martin Lange

Vom CHAMP-Satelliten aus werden mit Hilfe von GPS-Messungen Vertikalprofile der Refraktivität der Atmosphäre erstellt, woraus Profile der Temperatur und des Wasserdampfes in Troposphäre und Stratosphäre abgeleitet werden, sowie die Elektronenkonzentration in der unteren Ionosphäre. Aus den gemessenen, global verteilten Profilen wird die globale Verteilung und Klimatologie von roßskaligen planetaren Wellen (zonale Wellenzahlen 1-4) bestimmt. Die Ergebnisse werden mit Daten aus Radiosonden- und Radarmessungen verglichen. Der CHAMP-Satellit wird vom GeoForschungsZentrum Potsdam betrieben, welches auch die Erstauswertung der Daten vornimmt. Mittelfristig werden die Beobachtungen vom Satelliten aus ein kontinuierliches globales Monitoring der Atmosphäre erlauben. Das Projekt erfolgt in Zusammenarbeit mit dem GFZ Potsdam, der FU Berlin und der Universität Köln.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Statistische Untersuchung von Luftdruckvariationen und seismischen Oszillationen im Zeitbereich einer Stunde, sowie der Korrelation zwischen diesen
Statistical investigation of ground pressure variations and seismic oscillations in the hourÆs period range and of a correlation between them

Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de ), Prof. Dr. Gustav M. Shved (Universität St. Petersburg), Natalia V. Karpova (Universität St. Petersburg)

Atmosphärische Oszillationen im Zeitbereich von 1 - 4 Stunden werden auf mögliche Korrelationen mit seismischen Schwankungen in diesem Bereich untersucht. Es wird dabei vorwiegend auf vorhandene Messungen zurückgegriffen. Die Untersuchungen werden an der Universität St. Petersburg in Zusammenarbeit mit den Instituten für Meteorologie sowie für Geophysik und Geologie der Universität Leipzig durchgeführt, und bauen auf den umfassenden bisherigen und aktuellen Kooperationen zwischen diesen Universitäten auf. Innerhalb des Stipendiums wird eine Aussage getroffen werden, inwieweit eine seismologisch-atmo-sphärische Verknüpfung detektierbar ist und damit potentiell für Vorhersagezwecke genutzt werden kann.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DAAD, Leohard-Euler-Stipendienprogramm)


Untersuchung von Schwerewellen mit Hilfe von GPS-Satellitenmessungen
Global structure of gravity waves in the middle and upper atmosphere, their nonlinear coupling, parameterization and impact on atmospheric circulation

Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de ), Prof. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Martin Lange, Dr. Nikolai M. Gavrilov (Universität St. Petersburg)

Aus stratosphärischen Temperaturprofilen werden die Parameter atmosphärischer Schwerewellen bestimmt. Die globale Verteilung der Temperaturprofile aus CHAMP-GPS-Satellitenmessungen ermöglicht die Erstellung einer globalen Klimatologie stratosphärischer Schwerewellen. In der Ionosphäre zeigt sich die Signatur atmosphärischer Schwerewellen in Variationen der Elektronendichte (sog. travelling Ionospheric Disturbances, TIDs). Auch deren globale Verteilung lässt sich mit GPS-Satellitenmessungen erfassen und ermöglicht die Beobachtung von Schwerewellen mit einem einzigen Meßsystem. Die Arbeiten werden in Zusammenarbeit mit der Universität St. Petersburg, der Universität Almaty und Hovemere Ltd. durchgeführt. Die CHAMP-Satellitenmessungen werden vom GFZ Potsdam durchgeführt.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (EU:INTAS und DFG)


Numerische Simulation dynamischer Prozesse in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre
Numerical simulation of dynamical processes in the mesosphere and lower thermosphere

Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de ), Dipl.-Phys. Martin Lange

Zur Abschätzung des Einflusses des anthropogen verursachten Klimaeffekts in der Mittleren Atmosphäre durch den CO2-Anstieg und O3-Abbau wurden Modellexperimente mit Variation der CO2-und O3-Konzentration durchgeführt. Die durchgeführten Modellversuche geben die wesentlichen Folgen des anthropogenen CO2-Anstiegs und der O3-Abnahme wieder.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Erstellung und Anwendung tomographischer Verfahren zur Analyse des Elektronengehalts der Ionosphäre
Tomography of the electron density content of the ionosphere

Dr. Armin Raabe ( raabe@rz.uni-leipzig.de ), Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de ), Dipl.-Met. Claudia Stolle

Ausgehend von gemessenen Vertikalprofilen der Elektronenkonzentration (Satellit CHAMP) sowie von globalen Feldern des Gesamtelektronengehalts (Messungen von Bodenstationen) werden mit Hilfe tomographischer Verfahren dreidimensionale Felder des Elektronengehalts der Atmosphäre ermittelt. Die Eingangsdaten werden dabei vom DLR Neustrelitz zur Verfügung gestellt. Die erhaltenen dreidimensionalen Felder und hochaufgelösten Vertikalprofile der Elektronendichte werden im Hinblick auf Wellenaktivität in der Thermosphäre/Ionosphäre untersucht und in meteorologischer Hinsicht interpretiert.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Untersuchung der Rolle singulärer Moden für das Zustandekommen der atmosphärischen Komponente von interdekadischen Klimaschwankungen
Singular modes and interdecadal climate variability

Prof. Dr. Werner Metz ( werner.metz@rz.uni-leipzig.de ),Dipl.-Met. Harald Heinrich

Interdekadische Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur in mittleren Breiten sind oft von gleichlaufenden, räumlich kohärenten Schwankungen der atmosphärischen Zirkulation begleitet. Während moderne Klimamodelle solche gekoppelten Moden des Systems Ozean-Atmosphäre simulieren können, wird die Frage nach dem Mechanismus, der für diese Moden verantwortlich ist, zur Zeit noch kontrovers diskutiert. Hier wird von der Hypothese ausgegangen, daß hierfür der Wechselwirkung zwischen dem stehenden Wellenfeld und der atmosphärischen Komponente der Moden eine wesentliche Rolle zukommt und daß sich ein Ast dieser Wechselwirkung in der Anregung von internen, atmosphärischen Moden, speziell von singulären Moden, manifestiert.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Entwicklung eines Moduls zur Untersuchung von Grundwasserneubildung
Development of a module for determination of ground water recharge

Dr. Nicole Mölders ( moelders@curie.meteo.uni-leipzig.de ), Dipl.-Geol. Wolfram Rühaak, Manuela Barth, Corinne Fischer, Kristina Fröhlich, Dr. Ulrike Haferkorn (Lysimeterstation Brandis), Dr. Schmidt (Sächsisches Landesamt für Landwirtschaft Leipzig), Dr. Gerhard Kramm (MFPA Leipzig), Dr. Jürgen Döring (Universität Halle), Dr. Siegfried Knappe (UFZ Halle)

Mit Hilfe numerischer Experimente wurde der Zusammenhang zwischen Grundwasserneubildung und Klima- oder Landnutzungsänderungen systematisch quantifiziert. Hierzu wurde ein numerischer Modul entwickelt, mit dem man die Grundwasserneubildung bestimmen kann. Dabei musste auf das von Kramm für dieses Projekt zu Verfügung gestellte HTSVS modular aufgebaut werden. Der im Rahmen des Projektes entwickelte Modul ist in der Lage, die subskalige Heterogenität der Landschaft mittels Algorithmen zur Berechnung der flächengewichteten Evapotranspiration und zur Heterogenisierung des Niederschlags sowie die Abflussbildung und Grundwasserneubildung zu erfassen. Eine 1D-Version des HTSVS wurde mittels Tensiometer, Grundwasser- und Lysimeterdaten validiert.

Weiterführung: nein

Finanzierung: Drittmittel (BMBF: Angewandte Klima- und Atmosphärenforschung)


Untersuchungen zur regionalen Wasserverfügbarkeit unter veränderten Klimabedingungen
Investigations on the regional water availability under changed climate conditions

Dr. Nicole Mölders ( moelders@curie.meteo.uni-leipzig.de ), Dr. U. Haferkorn (Lysimeterstation Brandis), Dr. Gerhard Kramm (MFPA Leipzig), Dr. Jürgen Döring (Universität Halle), Dr. Siegfried Knappe (UFZ Halle), Dr. Jimmy Dudhia (NCAR Boulder, USA), Dr. Fei Chen (NCAR Boulder, USA), Dr. Margarete A. LeMone (NCAR Boulder, USA), Dr. Bill Kuo (NCAR Boulder, USA)

Es soll ein meteorologisches Modell der Mesoskala ( um die für die Parametrisierung der Wasserverfügbarkeit erforderlichen hydrologischen Komponenten erweitert und mit den Ergebnissen aus verschiedenen Klimaszenarien angetrieben werden. Mit dem so modifizierten Modell sollen für Europa die Auswirkungen von Klima- und Landnutzungsänderungen auf das regional für die Ökosysteme verfügbare Wasser untersucht und quantifiziert werden. In den Gebieten, wo sich die Wasserverfügbarkeit unter den neuen Klimaverhältnissen am stärksten ändert, soll die Landnutzung im Modell mit dem Ziel verändert werden, die Wasserverfügbarkeit zu optimieren. Ferner soll geprüft werden, in welchem Umfang die Wasserverfügbarkeit in den Gebieten mit unveränderter Landschaft durch die in den anderen Gebieten vorgenommenen Landnutzungsänderungen beeinträchtigt wird.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Drittmittel (DFG: Heisenberg-Programm)


Häufigkeitstrends von extremen Klima- und Wetterereignissen
Statistical trends of extreme climate and weather events

Prof. Dr. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de ), Dr. Manfred Mudelsee, Dr. Michael Börngen

Das Quantifizieren von Häufigkeitstrends von extremen Klima- und Wetterereignissen wie Hurrikanen ist von aktueller Wichtigkeit in der Diskussion "Globaler Klimawechsel", der Frage nach natürlicher Variabilität und anthropogenem Einfluß. Archive wie Eisbohrkerne sind zur Beantwortung dabei unerläßlich, da sie die historischen Aufzeichnungen in ihrem zeitlichen wie örtlichen Ausmaß weit übertreffen. In diesem Projekt werden statistische Methoden der Zeitreihenanalyse übernommen und problemorientiert angepaßt, um ein Computerprogramm zu entwickeln, mit dem Häufigkeitstrends für Eiskern- wie historische Daten effizient geschätzt werden können. Zur Ergebnisinterpretation werden Konfidenzbänder bestimmt und die Signifikanz gefundener Trends geschätzt. Die enge Verbindung Geowissenschaften - Statistik garantiert auch die Berücksichtigung der besonderen klimatologischen/meteorologischen Dateneigenschaften wie Hintergrundrauschen, Qualität der Zeitskala, variable Stärke der Ereignisse. In der Anwendung auf die Testauswahl an Klima-/Wetterdaten betritt das Projekt Neuland.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Quantitative Ermittelung des Sturmrisikos für repräsentative Gebiete Deutschlands in hoher räumlicher Auflösung
Quantitative determination of the storm risks for representative regions of Germany

Prof. Dr. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de ), Dipl.-Met. Kai Radtke, Dipl.-Met. Sybille v. Löwis

Das Vorhaben soll dazu beitragen, die neuesten Methoden der Modellierung anzuwenden, um zu einer regionalen Verteilung der Sturmstärken und des Schadensrisikos zu gelangen. Die Auswirkungen und die Entstehung extremer Sturmereignisse sollen untersucht werden. Dazu werden mit dem mesoskaligen Modell LM des DWD verschiedene Sturmszenarien erstellt. Aus diesen wird dann mit einem Downscaling Verfahren eine regionale Windverteilung abgeleitet, mit Hilfe einer Schadensfunktion werden die entstehenden Schäden abgeschätzt.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (BMBF: Deutsches Forschungsnetz Naturkatastrophen)


Parallelisierung der numerischen Modelle ausgewählter meteorologischer und luftchemischer Prozesse für lose-gekoppelte Rechner-Architekturen
Parallelization of numerical modells for specific meteorological and aerochemical processes on loosely-coupeled parallel systems

Prof. Dr. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de ), Dipl.-Met. Martin Simmel, Prof. Dr. Werner Metz, Dr. Nicole Mölders, Dr. Uwe Harlander, Dr. Paul Herrmann, Dipl.-Met. C. Koziar, Prof. Dr. Wilhelm Spruth (Institut für Informatik), Prof. Dr. Eberhard Renner (Institut für Troposphärenforschung = IfT), Dr. Oswald Knoth (IfT), Dr. R. Wolke (IfT), Prof. Dr. G. Rünger (Universität Chemnitz), Dr. Jörg Weickert, Dr. Klaus Hering

Ein mesoskaliges meteorologisches Modell soll einschließlich der Module für Bodenfeuchte und Wolken/Niederschlag parallelisiert werden. Die dadurch gewonnene Rechenleistung soll dazu genutzt werden, Sensitivitätsstudien zum Prozeßverständnis der Rückkopplungseffekte zwischen Wolken, Niederschlag und Bodenfeuchte durchzuführen und die gewonnenen Erkenntnisse in eine bessere Behandlung der Prozesse einfließen zu lassen.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Akustische Tomographie der atmosphärischen Grenzschicht zur Validierung eines Large-Eddy-Simulation-Modells
Acoustic tomography of the atmospheric boundary layer to validate a Large-Eddy- Simulation model

Dr. Armin Raabe ( raabe@rz.uni-leipzig.de ), Dr. Klaus Arnold, Dr. Astrid Ziemann, Dr. Siegfried Raasch, Dipl.-Met. Sonja Weinbrecht (Universität Hannover)

Large-Eddy-Simulationen (LES) atmosphärischer Strömungen können Wirbelstrukturen mit Durchmessern bis hin zu wenigen Metern auflösen. Damit sind diese Modelle dafür prädestiniert, kleinskalige, turbulenzgeprägte Strömungsphänomene und Prozesse zu untersuchen. Ein akustisches tomographisches Verfahren, angewendet auf die atmosphärische Grenzschicht, ist in der Lage, räumliche Mittelwerte der Lufttemperatur und des bodennahen Strömungsfeldes in einer mit den Berechnungen des LES-Modells vergleichbaren Auflösung zu erfassen. Ziel des Vorhabens ist, das Abbild der Entwicklung von konvektiven Strukturen in einer bodennahen Luftschicht mit Hilfe dieses Verfahrens darzustellen und mit den Strukturen zu vergleichen, die das LES-Modell bei Vorgabe der meteorologischen Rahmenbedingungen simuliert.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)


Berücksichtigung atmosphärischer Schallausbreitungsbedingungen bei Messungen und Prognose von Schießlärm
Consideration of the atmopheric conditions of sound propagation for measurement and prediction of noise

Dr. Armin Raabe ( raabe@rz.uni-leipzig.de ), Dr. Astrid Ziemann, Dr. Klaus Arnold

Ein operationell anwendbares Verfahren für die Berücksichtigung einer meteorologisch beeinflussten Schallausbreitung auf Messung und Prognose von Schießlärm wird entwickelt. Aus der statistischen Analyse des höhenveränderlichen Windvektors und der Lufttemperatur leiten sich Schallgeschwindigkeitsprofile ab, auf deren Grundlage die Berechnung des atmosphärischen Einflusses auf die Schallausbreitung erfolgt. In einer Datenbank werden die Ergebnisse dieser Berechnungen zusammengefaßt und anwenderspezifisch aufbereitet.

Weiterführung: ja

Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (Bundesministerium für Verteidigung)

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