Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

7 Zusammenfassung der Ergebnisse
In dieser Arbeit wurde unter Nutzung von Meßdaten der REFLEX III Kampagne im Juli
und August 1995 und anhand von theoretischen Überlegungen ein optimiertes Zwei-Strom-
Konzept für arktische bodennahe Schichtwolken entwickelt.
Zunächst wurden die Vor- und Nachteile verschiedener Zwei-Strom-Approximationen identifiziert.
Analytische Näherungen des Rückstreukoeffizienten für die diffuse Strahlung und
die Rückstreufunktion für primär gestreute Strahlung anhand der Henyey-Greenstein Phasenfunktion
liefern bei gleichzeitiger Anwendung der -Eddington-Approximation bessere
Ergebnisse als Näherungen der Mie-Rückstreufunktion in der ersten Ordnung. Vergleiche
zwischen der exakten Lösung der Strahlungsübertragungsgleichung und der Zwei-Strom-
Approximation legen eine flexible Wahl des Diffusivitätsfaktors und der Diffraktionsspitze
nahe. Horizontale Inhomogenitäten von Stratuswolken können durch eine Veränderung der
Werte des Diffusivitätsfaktors und der Diffraktionsspitze berücksichtigt werden.
Die Auswertung der Daten hat bestätigt, daß flugzeuggetragene Pyranometer erfolgreich
zur Flußdichtemessung genutzt werden können. Durch Ausnutzung der Bewegung des
Flugzeuges kann die Globalstrahlung in ihre direkte und diffuse Komponenten aufgespalten
werden und die solare Flußdichte wird auch unter Ci-Bewölkung oder in aerosolhaltiger
Luft zuverlässig bestimmt. Die Cosinus-Abhängigkeit und die Linearität der Thermosäule
der Pyranometer wurden durch spezielle Flugmuster quantitativ überprüft. Um die terrestrischen
Strahlungsflußdichten von Flugzeugen mit der gebotenen Genauigkeit zu bestimmen,
wurden die Pyrgeometer unter realistischen Meßbedingungen im Labor kalibriert und der
Einfluß solarer Strahlung auf das Pyrgeometer mit Hilfe gezielter Flugmuster eliminiert.
Ausreichende Meßgenauigkeit ergibt sich im Flugbetrieb vor allem dann, wenn sich die
Kuppeltemperatur und die Gehäusetemperatur nicht wesentlich unterscheiden.
Die Bedeutung der Wolken für Strahlungsprozesse kann anhand der Meßdaten aufgezeigt
werden. Es wird dargestellt, welche Wirkung Wolken auf den Wärmehaushalt der Atmosphäre
und das Meereis haben. Einerseits strahlt eine Wolke Wärme aus, dies führt
zu Wechselwirkungen mit dynamischen und mikrophysikalischen Prozessen und zu horizontal
inhomogenen Verhältnissen. Diese werden durch die Messungen nachgewiesen
(Kap. 5.4). Andererseits ermöglicht die hohe Albedo der bodennahen Bewölkung eine verstärkte
Absorption solarer Strahlung in der höheren, zeitweise mit Aerosolen belasteten
Troposphäre. Somit können Wolken indirekt den Wärmehaushalt der höheren Atmosphäre
beeinflussen. Der Einfluß der Streuprozesse im terrestrischen Spektralbereich kann mit den
Flußdichteprofilen nachgewiesen und quantifiziert werden.
Schließlich wird eine Zwei-Strom-Approximation für die Berechnung der Strahlungsflußdichten
in der arktischen Grenzschichtbewölkung optimiert. Die gemessenen Profile werden
durch eine Linearkombination strahlungsrelevanter Eigenschaften (Flüssigwassersäule,
mittlere Teilchendurchmesser, Strahlungstemperatur der Luft etc.) mit empirischen Funk-