Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

4 Datenbehandlung und Datenqualität
von flugzeugmontierten
Strahlungssensoren
In diesem Kapitel wird ein Zusammenhang zwischen den Strahlungsgrößen hergestellt,
die durch flugzeuggetragene Instrumente gemessen werden mit denen, die für die Strahlungstransport-Modellierung
von Bedeutung sind. Strahlungsinstrumente zur Bestimmung
der hemisphärischen Strahlungsflußdichten werden üblicherweise am Erdboden eingesetzt.
Die besonderen Einsatzbedingungen im Flugbetrieb machen eine spezielle Instrumentenkalibration
und Datenbehandlung notwendig. Bisher galt die Messung der Globalstrahlung
durch flugzeugmontierte kurzwellige Strahlungsgeber als wenig brauchbar. Besonders bei
Zenitdistanzwinkeln 0 > 60 ,wiesieüberwiegend in der Polarregion auftreten, wurde
diese Meßmethode generell nicht akzeptiert. Bannehr und Schwiesow [1991] finden einen
Fehler von 26% für die Globalstrahlungsmessungen, bei einem Sonnenzenitdistanzwinkel
von 0 = 80 . Sie nennen als Grund für diesen hohen Fehler die ungenaue Kenntnis der
Fluglagewinkel. Die POLAR Flugzeuge des Alfred-Wegener-Institutes sind mit einem leistungsfähigen
Trägheitsnavigationssystem ausgestattet, das die Fluglagewinkel genügend
genau mißt, so daß mit neuen Verfahren zuverlässige Globalstrahlungswerte abgeleitet
werden können.
Das grundlegende Problem der Globalstrahlungsberechnung besteht in der unterschiedlichen
Wirkung der direkten und diffusen Strahlung auf das Meßsignal des Pyranometers
bei Variationen der Fluglagewinkel. Um die Beiträge der diffusen und direkten Strahlung
auf das Pyranometer zu unterscheiden, wurde bisher eine Annahme über das Verhältnis
zwischen direkter Strahlung zur Globalstrahlung getroffen. Bei diesen Annahmen werden
Aerosoleinflüsse oder Effekte höherer Bewölkung nicht berücksichtigt, so daß Unsicherheiten
bestehen blieben.
In dieser Arbeit wird im Kapitel 4.1 eine Methode vorgestellt, die die unvermeidlichen
Variationen der Flugzeugeigenbewegung ausnutzt, um die Globalstrahlung zu berechnen.
Diese Methode kommt mit der genauen Kenntnis der Fluglagewinkel und mit dem Meßsignal
als Eingangsgrößen aus. Damit ist es ein objektives Verfahren zur Berechnung der
Globalstrahlung. Bei Anwendung dieser Methode ist es nicht mehr möglich, die Globalstrahlung
mit beliebiger zeitlicher Auflösung zu messen, sondern die berechneten Werte
sind als räumliche Mittelwerte zu verstehen. Ein Nebenprodukt ist zudem, daß die Globalstrahlung
in seine diffuse und direkte Komponente zerlegt wird.
Ferner wird die Meßgenauigkeit der Strahlungssensoren sorgfältig überprüft. Neben der
Kalibration im Labor wurden Vergleichsflüge mit zwei Flugzeugen über dem meteorologischen
Observatorium der Koldewey-Station (Ny ˚Alesund) durchgeführt. Die Instrumente