Diese Arbeit trägt zu einem wesentlich verbesserten Verständnis der Zusammenhänge zwischen großräumigen sowie mesoskaligen Bewegungen in der Atmosphäre bei. Ebenso steht die vertikale Kopplung von der Grenzschicht bis zur unteren Thermosphäre (105 km Höhe) durch mesoskalige Wellen (Schwerewellen) im Vordergrund. Dazu wurde ein mechanistisches globales Zirkulationsmodell (GCM) der Atmosphäre mit hoher horizontaler und sehr hoher vertikaler Auflösung unter dem Gesichtspunkt des spektralen Budgets der horizontalen kinetischen Energie analysiert. Die Ergebnisse können in zwei Punkten zusammengefaßt werden: Erstens wird gezeigt, daß die mesoskalige Energiekaskade in der oberen Troposphäre wesentlich auf geschichtete Turbulenz (stratified turbulence) zurückzuführen ist. Hierbei wird die Energiekaskade von den großen Skalen zu den Mesoskalen innerhalb der oberen Troposphäre wesentlich durch eine positive vertikale Druckflußkonvergenz in den Mesoskalen selbst verstärkt, die ihren Ursprung in der mittleren Troposphäre hat und über adiabatische Konvertierung die mesoskalige kinetische Energie in der oberen Troposphäre erhöht. Zweitens wird die Energiedeposition durch troposphärische Schwerewellen in der oberen Mesosphäre genauer beschrieben. Der durch diese mesoskaligen Wellen nach oben transportierte Druckfluß wird bei der Dämpfung oder beim Brechen der Wellen in der Mesosphäre zuerst in kinetische Energie der Wellen umgesetzt und dann dissipiert, das heißt, in Wärme des Grundstroms umgewandelt.
This thesis substantially contributes to the ongoing discussion, how the large-scale and mesoscale atmospheric motions interact and how the vertical coupling of the atmosphere is influenced by mesoscale waves. For this purpose a mechanistic general circulation model (GCM) with high horizontal and very vertical resolution covering the atmosphere from the boundary layer up to the lower thermosphere (105 km height) has been run and the simulated spectral kinetic energy budget has been analyzed. The main results are twofold. Firstly, the thesis shows that in our GCM the mesoscale upper tropospheric kinetic energy spectrum can be explained by stratified turbulence. This is only possible due to the presence of both a horizontal cascade of kinetic energy in the upper troposphere and a mesoscale vertical pressure flux convergence that originates in the mid troposphere and contributes to the mesoscale adiabatic conversion in the upper troposphere. Secondly, in our GCM the mesoscale energy deposition in the upper mesosphere can be explained by the damping or breaking of upward propagating gravity waves originating from the troposphere. We show that in this case the vertical pressure flux carried by these waves from the troposphere to the mesosphere is first converted into kinetic energy of the gravity waves and then dissipated, heating the mean flow in the upper mesosphere.