Um die Verteilung chemisch aktiver Spurenstoffe im Höhenbereich der Mesosphäre und unteren Thermosphäre (MLT-Region) zu untersuchen, wurde ein bestehendes 3-dimensionales numerisches chemisches Transportmodell (CTM) weiterentwickelt und mit zwei unterschiedlichen Versionen eines dynamischen Modells gekoppelt. Alle wichtigen physikalischen und chemischen Prozesse wurden im Modell berücksichtigt. Zu diesen zählen die in der MLT-Region ablaufenden chemischen Reaktionen, die Photolyse, die molekulare und turbulente Diffusion sowie advektive Transportprozesse. Die wesentlichen Verbesserungen betreffen u. a. die Implementierung eines neuen Transportcodes gekennzeichnet durch extrem geringe numerische Diffusion und die Ableitung der solaren Lyman-α Strahlung aus der Sonnenfleckenrelativzahl als Proxy und deren Berücksichtigung in der Wasserdampfphotolyserate. Das verbesserte CTM wurde mit dynamischen Modellen gekoppelt, welche klimatologische Mittel (COMMA-IAP) bzw. Zustände zum realen Datum (LIMA) berechnen. Diese gekoppelten Modelle wurden insbesondere auf das Studium des Einflusses der solaren Lyman-α Strahlung auf die Aeronomie der MLT-Region, auf die autokatalytische Wasserdampfproduktion als Quelle hoher Mischungsverhältnisse in der Mesosphäre hoher sommerlicher Breiten, auf die Herausbildung des so genannten tertiären Ozonmaximums in winterlichen mittleren und hohen Breiten, auf die Untersuchung nichtlinearer Effekte in der Chemie der MLT-Region, auf den Einfluss stratosphärischer Erwärmungen auf die Spurenstoffverteilung sowie auf Trends der Spurenstoffe in der Mesosphäre auf Grund der Zunahme von Methan, Lachgas und Kohlenstoffdioxyd seit der vorindustriellen Ära angewendet.
Die autokatalytische Wasserdampfproduktion erklärt, warum gerade unter der Bedingung höchster Photolyse des Wasserdampfs in sommerlich hohen Breiten Wasserdampf photochemisch unterhalb einer Übergangsregion um 65 km Höhe aus dem Reservoir des molekularen Wasserstoffs gebildet wird. Es werden dabei u.a. die Prozesse aufgeklärt, die in der Mesosphäre für das sommerliche Doppelmaximum des Mischungsverhältnisses des Wasserdampfs verantwortlich sind.
Der Einfluss des solaren Zyklus und insbesondere der Lyman-α Strahlung auf die Spurenstoffverteilung der MLT-Region wurde untersucht. Desgleichen wurde die Raum-zeitliche Verteilung des Ozons unter Winterbedingungen mittlerer und hoher Breiten modelliert und mit Ozonmessungen in Lindau (51.66° N, 10.13° E) und ALOMAR (69.29° N, 16.03° E) verglichen. Dabei wurden wesentliche Verteilungsmuster reproduziert und deren Entstehungsursache aufgeklärt. Einen wesentlichen Einfluss auf diese Verteilung hat dabei der Zonalwind über den so genannten photo-chemischen Dopplereffekt.
Nichtlineare Effekte wie die Periodenverdopplung wurden im 3D-Modell unter der Bedingung der Integration mit kleiner Zeitschrittweite gefunden und deren Raum-zeitliche Verteilung untersucht sowie deren Einfluss auf die chemische Erwärmungsrate bestimmt.
Die Trendrechnungen zeigen eine Zunahme der Feuchte der mittleren Atmosphäre, aber eine Abnahme des Ozons, die jedoch von Höhe, geographischen Breite, Saison und Lokalzeit abhängen. Die Hydroxyl-Schicht (OH) nahm ebenfalls seit Beginn der Industrialisierung zu. Ein speziell entwickelter Code berechnet die einzelnen angeregten Zustände des OH-Airglow. Bei den plötzlichen stratosphärischen Erwärmungen verändern sich drastisch die dynamischen Parameter Wind und Temperatur, die wiederum einem außerordentlich starken Einfluss auf die chemische Zusammensetzung der MLT-Region haben. Der Einfluss der Änderung der chemischen Komposition auf die chemische Erwärmungsrate wurde analysiert.