Gravity waves are the main driver of the summer-to-winter-pole circulation in the mesosphere and lower thermosphere. In particular, the gravity wave driven residual circulation gives rise to the cold summer mesopause and the warm winter polar stratopause. However, most of the gravity waves are not resolved in low-resolution global circulation models used for long-term simulations like climate simulations. But, because of their impact on the mesosphere lower thermosphere region, they must be parameterized and conventional parameterizations are based on strong assumptions, namely the singlecolumn and steady state approximation. In this thesis, we present a new framework for gravity wave parameterizations, that relaxes the steady state approximation - the Radiative Transfer gravity wave Parameterization (RTP). This transient parameterization provides the local energy density of a wave field, from which the wave-mean flow interactions are calculated. Results of idealised simulations show that the wave field behaves as theoretically expected in different background configurations. Online simulations in a low-resolution global circulation model in January conditions provide adequate temperature and horizontal wind profiles. This all takes place in consideration of the conservation of energy and momentum. With these features the RTP will improve the circulation in the mesosphere and lower thermosphere of low-resolution global circulation models.
Schwerewellen sind die treibende Kraft der residuellen Zirkulation vom Sommerpol zum Winterpol in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre. Insbesondere fü hrt die schwerewellengetriebene residuelle Zirkulation zu der kalten Mesopause am Sommerpol und der warmen Stratopause am Winterpol. Jedoch sind die meisten Schwerewellen zu klein, um in grob aufgelösten Zirkulationsmodellen, welche für Langzeitmodellrechnungen wie Klimasimulationen genutzt werden, aufgelöst zu sein. Aber auf Grund ihrer Bedeutung für die Mesosphäre und untere Thermosphäre müssen sie parametrisiert werden. Konventionelle Parametrisierungen basieren auf starke Vereinfachungen die Säulennäherung und Gleichgewichtszuständen. In dieser Arbeit präsentieren wir eine neue Schwerewellenparametrisierung, die nicht auf Gleichgewichtszuständen basiert - die Radiative Transfer gravity wave Parameterization (RTP). Diese transiente Parametrisierung liefert die lokale Energiedichte eines Wellenfeldes, mit deren Hilfe die Wellegrundstromwechselwirkungen berechnet werden können. Ergebnisse von vereinfachten Simulationen in verschiedenen Grundstromkonfigurationen zeigen, dass das Verhalten des Wellenfeldes theoretischen Vorhersagen entspricht. Simulationen mit einem grobgliedrigen globalen Zirkulationsmodells unter Januarbedingungen liefern angemessene Temperatur- und horizontale Windprofile unter Berücksichtigung der Energie- und Impluserhaltung. Mit diesen Eigenschaften wird die RTP dazu beitragen die Zirkulation in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre von grob aufgelösten Zirkulationsmodellen zu verbessern.