Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

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Höhe 1000 m 500 m 0 T luft T wasser Trad horizontale Flugabschnitte. 10˚C 15˚C 20˚C Temperatur Abbildung 4.8: Strahlungstemperaturpro l der Ausstrahlung Trad uber der Ostsee. Zum Vergleich sind auch die Wassertemperatur Twasser und die Lufttemperatur Tluft abgebildet. Der Auf- und Abstieg des Flugzeuges fuhrt zur ubereinstimmend berechneten Strahlungs u dichte. Auch wenn die Instrumente langere Zeit in einem Niveau verbleiben, weist die berechnete Strahlungstemperatur keinen Trend auf. Im tiefsten Flugniveau wird in guter Naherung die Ober achentemperatur vom Wasser gemessen. 4.3.3 Bestimmung der Trägheit der Kuppeltemperatur des Pyrgeometers Brogniez et al. [1986] haben eine Zeitkonstante t für die Domtemperatur eingeführt, mit der Inhomogenitäten der Kuppeltemperatur korrigiert werden. Mit Hilfe von Sägezahnprofilen durch Inversionen wurde von uns die Zeitverschiebung t bestimmt, indem jeweils die Profile der Aufstiege mit denen der Abstiege in Deckung gebracht werden. In der Abbildung 4.9 sind die gemittelten Strahlungsflußdichten der Abstiege durch eine durchgezogene Linie und die der Aufstiege durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Die schwarzen Linien zeigen die mit der Zeitdifferenz t = 7 s berechneten Flußdichten, während die grauen Linien (Standardkalibration) keine Zeitdifferenz berücksichtigen. Die Inversion ist der eingezeichneten Temperaturstrahlung T 4 Luft der Luft zu entnehmen. Unterhalb der Inversion, die bei ca. 300 m beginnt, liegt eine 250 m mächtige Wolkenschicht. Die Gegenstrahlung nimmt aufgrund der erhöhten optischen Dicke innerhalb der Wolke nach unten zu. Sie erreicht innerhalb von 100 m die Schwarzkörperstrahlung der Atmosphäre ( T 4 luft, feine Linie). Der Versatz zwischen der Standardkalibration und der erweiterten Kalibration ist eine Folge der fehlerhaften Temperaturkennlinien (s. Abschnitt 4.3.1). Die erweiterte Kalibration ist in der Lage, nahezu identische Profile der Strahlungsflußdichte für Auf- und Abstiege zu ermitteln; die Standardkalibration weist dagegen deutliche Unterschiede auf. Die Zeitkonstante ist für unterschiedliche Meßprofile etwa t = 7 s. Dieser Wert ist aber wesentlich geringer als die von Brogniez et al. [1986] gefundene Konstante von t = 30 s. Im Gegensatz zur Methode von Brogniez et al. [1986], werden die Kalibrationskoeffizienten nach unserer Methode während unterschiedlicher Flugabschnitte nicht rekalibriert.
Höhe 400m 300m 200m 100m Abstieg Aufstieg Standardkalibration erweiterte Kalibration σT 4 luft 250 300 - 2 W m Gegenstrahlung Abbildung 4.9: Verbesserung der erneuten Kalibration (schwarze Kurve) gegenuber der herkommlichen Standardkalibration (graue Kurve). Die Di erenz zwischen beiden Kalibrationen ist eine Folge der erneuten Bestimmung der Thermistorenkennlinien. Das neu berechnete Flu dichtepro l ist plausibel, da es das Pro l der Temperaturstrahlung T 4 luft nicht schneidet; dies ist theoretisch unmoglich in Wolken einer gut durchmischten Grenzschicht bei fehlender hoherer Bewolkung. Die Einfuhrung einer Zeitkonstante fur den Kuppelthermistor (7s)bringt die Pro le der Auf- (gestrichelt) und Abstiege (durchgezogen) in Ubereinstimmung. 4.3.4 Fehler der langwelligen Strahlungsflußdichte durch die direkte Sonnenstrahlung Die flugzeugmontierten Pyrgeometer können nicht von der direkten Sonnenstrahlung abgeschirmt werden. Einerseit durchdringt ein Teil der langwelligen solaren Strahlung die Pyrgeometerkuppel und trägt zum Meßsignal bei. Da dieser Anteil der solaren Strahlung durch die Pyranometer gemessen wird, berücksichtigt die Formel (4.17) das Korrekturglied -c Esm. Der Koeffizient c gibt den Anteil der solaren Strahlung an, der durch die Haube transmittiert. In der Literatur werden für Eppley-Pyrgeometer Werte zwischen 0:015
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Zusammenfassung Strahlungsprozesse
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A Symbolverzeichnis Es werden nur w
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Tr Transmissionsfunktion Tr = R 2 1
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B Phasenfunktionen für senkrecht u
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=(1,R , t + =r T + ) ,1 r , =R , +T
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E Entwicklung eines linearen empiri
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Sinne der kleinsten Quadrate) ergib
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