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Zeitreihen von Monatsmittelwerten des Windes in der Mesosphäre/unteren Thermosphäre über Collm werden auf mögliche Korrelationen mit der Nordatlantischen Oszillation (NAO) und der Südlichen Oszillation (SO) hin untersucht. Während eine positive Korrelation bis in die 1990er Jahre existiert, schwächt sich diese in der Folge ab und kehrt sich teilweise um. Da NAO und SO gekoppelt sind, erfolgen diese Änderungen etwa zur selben Zeit. Die Änderung der Kopplung steht wahrscheinlich in Verbindung mit einer generellen Änderung der Dynamik der mittleren Atmosphäre.

Ensemble calculations for the period from 2000 to 2010 were carried out with the middle and upper atmosphere model (MUAM), and an analysis of the quarterdiurnal tide is performed. The global temporal and latitudinal distributions of the quarterdiurnal tide are modeled with MUAM, and their forcing mechanisms are examined. The quarterdiurnal tides show a similar distribution over the year in the northern and southern hemisphere, with maxima of the amplitude in late winter and spring as well as in autumn. In the latitude-height distribution is also shown that the largest amplitudes of the quarterdiurnal tide are seen at midlatitudes. Due to the decreasing density with height, there is a general increase of the tidal amplitudes with height. The results of the forcing analyses show that direct solar forcing is most important, but also that non-linear forcing and gravity wave interaction with other tides have a non-negligible influence on the quarterdiurnal tide in the middle and upper atmosphere. Mit dem Modell für die mittlere und obere Atmosphäre MUAM wurden Ensemble-Berechnungen für den Zeitraum 2000 bis 2010 durchgeführt und die vierteltägigen Gezeiten analysiert. Es wird auf die globale zeitliche und räumliche Verteilung der vierteltägigen Gezeiten eingegangen und deren Anregungsmechanismen untersucht. Die vierteltägigen Gezeiten zeigen einen ähnlichen Verlauf über das Jahr auf der Nord- und Südhalbkugel mit Maxima der Amplitude im späten Winter und Frühjahr sowie im Herbst. Ein ähnliches Bild zeigt sich auch für die Verteilung im Breiten-Höhen-Schnitt, wo die größten Amplituden der vierteltätigen Gezeiten in den mittleren Breiten zu finden sind. Aufgrund der abnehmenden Dichte mit der Höhe ist eine allgemeine Zunahme der Amplituden mit der Höhe zu beobachten. Es zeigte sich, dass der direkte solare Antrieb am stärksten ausgeprägt ist, aber auch, dass der nichtlinearer Antrieb und die Interaktion von Schwerewellen mit anderen Gezeiten einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die vierteltägigen Gezeiten in der mittleren und oberen Atmosphäre haben.

We analyse solar extreme ultraviolet (EUV) irradiance observed by the Solar EUV Experiment (SEE) onboard the Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics (TIMED) satellite, and solar proxies (the F10.7 index, and Mg-II index), and compare their variability with the one of the global mean Total Electron Content (GTEC). Cross-wavelet analysis confirms the joint 27 days periodicity in GTEC and solar proxies. We focus on a comparison for solar minimum (2007-2009) and maximum (2013-2015) and find significant differences in the correlation during low and high solar activity years. GTEC is delayed by approximately 1-2 days in comparison to solar proxies during both low and high solar activity at the 27 days solar rotation period. To investigate the dynamics of the delay process, Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere electrodynamics model simulations have been performed for low and high solar activity conditions. Preliminary results using cross correlation analysis show an ionospheric delay of 1 day in GTEC with respect to the F10.7 index during low and high solar activity. Wir analysieren vom Solar Extreme Ultraviolet Experiment (SEE) an Bord des Thermosphere-Ionosphere-Mesosphere Energetics and Dynamics (TIMED) Satelliten gemessene solare EUV-Irradianzen, solare Proxies (den F10.7-Index und denMg-II-Index), und vergleichen deren Variabilität mit derjenigen des global gemittelten Gesamtelektronengehalts (GTEC). Kreuzwaveletanalysen bestätigen eine gemeinsame Variabilität im Periodenbereich der solaren Rotation (27 Tage). Wir vergleichen insbesondere den Zusammenhang während des solaren Minimums (2007- 2009) und Maximums (2013-2015), wobei signifikante Unterschiede der Korrelation zwischen solaren und ionosphärischen Parametern auftreten. Es tritt eine Verzögerung der Maxima und Minima von GTEC gegenüber denjenigen der solaren Proxies von einem Tag sowohl im solaren Minimum als auch im solaren Maximum auf.

Simulations of the circulation in the middle atmosphere during northern winter performed with a nonlinear, mechanistic, global circulation model show that the upper mesospheric jet is greatly overestimated and also the position with respect to latitude and height does not correspond to observations. Apart from that also the winter wind reversal in the mesopause region, evoked by breaking gravity waves (GWs), is located too low around 80km, but is observed to be usually around 100 km. These discrepancies are planned to be eliminated by modifying the distribution of GW amplitudes driving the GW parameterization. This distribution is currently based on potential GW energy data derived from GPS radio occultation measurements and has to be replaced by a distribution based on momentum flux estimates applying midfrequency approximation. The results show a weaker mesospheric jet more realistically tilted towards lower latitudes with height. Also the meridional circulation extending from the summer to the winter pole decelerates and less GWs are propagating into the mesosphere. By additionally varying the GW amplitudes in magnitude and time, the wind reversal is shifted upwards and the mesospheric jet is slowed down. Simulationen der Zirkulation der mittleren Atmosphäre während des nordhemisphärischen Winters unter Verwendung eines nicht-linearen mechanistischen globalen Zirkulationsmodells ergaben beim Vergleich mit Messungen, dass der simulierte, mesosphärische Jet stark überschätzt wird und dessen Position von den Beobachtungen abweicht. Die in der Mesopausenregion einsetzende Windumkehr, hervorgerufen durch brechende Schwerewellen, befindet sich in etwa 80 km anstatt in 100 km. Diese Diskrepanzen sollen eliminiert werden. Hierfür wird die Verteilung der Schwerewellenamplituden, die die Schwerewellenparametrisierung innerhalb des Modells antreibt, am oberen Rand der Troposphäre modifiziert. Diese basiert derzeit auf global beobachteten, zonal gemittelten Daten der potentiellen Energie von Schwerewellen abgeleitet aus GPS Radiookkultationsmessungen und soll durch eine auf Impulsflüssen basierende Verteilung ersetzt werden. Das Modellexperiment zeigt, dass der mesosphärische Jet mit der Höhe in Richtung niedriger Breiten geneigt ist und abgebremst wird. Zudem schwächt die Meridionalzirkulation vom Sommer- zum Winterpol leicht ab und weniger Schwerewellen dringen bis in die Mesosphäre vor. Zusätzlich wird durch zeitliche und unterschiedlich starke Variation der Schwerewellenamplitude die Windumkehr verlagert und der mesosphärische Jet abgebremst.

The GPS radio occultation technique is used to study sporadic E (Es) layer plasma irregularities of the Earth’s ionosphere on a global scale using COSMIC/FORMOSAT-3 satellite constellation GPS signal-to-noise ratio (SNR) profiles. The maximum deviation from the mean SNR is attributed to the height of the Es layer. Es are produced by ion convergence due to vertical wind shear in the presence of a horizontal component of the Earth magnetic field, while the wind shear is provided mainly by solar tides. Indeed, close correlation between Es and wind shear phases have already been found for the semidiurnal and terdiurnal tidal components. Here, we present the global distribution of quarterdiurnal (QDT) signatures in Es occurrence rates. We find that, in accordance with upward energy flux, negative vertical phase gradients of QDT Es signatures are observed. The maximum signal of QDT Es is found at altitudes above 100 km. In the southern hemisphere, maximum QDT Es occurrence rates are found in winter and during equinoxes. In the northern hemisphere, however, at altitudes above 100 km strong QDT activity is also visible. Die GPS-Radiookkultationstechnik wird verwendet, um ionosphärische Plasmairregularitäten in Verbindung mit sporadischen E- (Es) Schichten auf globaler Skala zu untersuchen. Verwendet werden Signal-Rauschverhältnis- (SNR-) Profile. Die maximale Abweichung vom mittleren SNR wird der Höhe der Es-Schicht zugeordnet. Es werden durch Ionenkonvergenz aufgrund von vertikaler Windscherung in Anwesenheit einer horizontalen Komponente des Erdmagnetfeldes hervorgerufen, wobei die Scherung hauptsächlich durch solare Gezeiten verursacht wird. Tatsächlich wurden schon früher deutliche Übereinstimmungen zwischen dem Auftreten von Es und den Phasen der halb- und dritteltägigen Gezeiten gefunden. Hier stellen wir die globale Verteilung der vierteltägigen (QDT) Signaturen in Es- Auftretensraten vor. Es zeigt sich dass, in Übereinstimmung mit einem aufwärts gerichteten Energietransport, negative vertikale Phasengradienten der QDT in Es auftreten. Die maximale Auftretenswahrscheinlichkeit liegt bei Höhen oberhalb von 100 km. Auf der Südhemisphäre fällt das Maximum der QDT in Es-Auftretensraten in den Winter, während auf der Nordhemisphäre oberhalb von 100 km auch im Sommer starke QDT-Aktivität zu verzeichnen ist.

We use ERA-Interim reanalysis data of 2 meter temperature to perform a pattern analysis of the Arctic temperatures exploiting an artificial neural network called Self Organizing-Map (SOM). The SOM method is used as a cluster analysis tool where the number of clusters has to be specified by the user. The different sized SOMs are analyzed in terms of how the size changes the representation of specific features. The results confirm that the larger the SOM is chosen the larger will be the root mean square error (RMSE) for the given SOM, which is followed by the fact that a larger number of patterns can reproduce more specific features for the temperature. Wir benutzten das künstliche neuronale Netzwerk Self Organizing-Map (SOM), um eine Musteranalyse von ERA-Interim Reanalysedaten durchzuführen. Es wurden SOMs mit verschiedener Musteranzahl verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass SOMs mit einer größeren Musteranzahl deutlich spezifischere Muster produzieren im Vergleich zu SOMs mit geringen Musteranzahlen. Dies zeigt sich unter anderem in der Betrachtung der mittleren quadratischen Abweichung (RMSE) der Muster zu den zugeordneten ERA Daten.