Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

Zusammenfassung
Strahlungsprozesse steuern den Energiehaushalt der Atmosphäre, indem sie der Luft Wärme
zuführen oder entziehen. Dabei entstehen in der Luftsäule Temperaturunterschiede, die u.a.
die atmosphärische Zirkulation antreiben. Im Zusammenhang mit der Modellierung des
Strahlungstransportes spielen die Wolken eine herausgehobene Rolle. Um Wechselwirkungen
zwischen Strahlung und Mikrophysik in arktischer Grenzschichtbewölkung zu
untersuchen, wurde das Experiment REFLEX III (Radiation and Eddy Flux Experiment)
im Sommer 1995 nördlich von Spitzbergen über der arktischen Eisrandzone durchgeführt
[Hartmann et al., 1997].
Derzeit steht offenbar kein allgemeingültiges Strahlungstransport-Modell für die Atmosphäre
zur Verfügung. Verschiedene Strahlungstransport-Konzepte liefern bei gleichen Eingabeprofilen
wesentlich unterschiedliche Ergebnisse. Besonders große Unsicherheiten bestehen
für den Strahlungstransport der bewölkten polaren Atmosphäre [Ellingson et al. 1991 und
Fouquart et al. 1991]. Darum soll hier untersucht werden, inwieweit ein Strahlungstransport-
Konzept in der Zwei-Strom-Approximation geeignet ist, den Strahlungstransport polarer
Wolken realistisch zu beschreiben.
Zur Anpassung breitbandiger Zwei-Strom-Modelle an unsere Flußdichtemessungen wird
ein Strahlungstransport-Konzept abgeleitet, das in der Lage ist, die Strahlungsflußdichte
in Übereinstimmung mit den Meßdaten zu reproduzieren. Dabei werden die Parametrisierungen
so gewählt, daß sie für ein breites Spektrum der optischen Dicke sowie der
Tropfengröße Gültigkeit besitzen. Damit können die Strahlungstransport-Konzepte in der
Zwei-Strom-Approximation für die Anwendung bei bewölkter Atmosphäre über dem Meereis
nachweislich verbessert werden.
Das modifizierte Strahlungstransport-Konzept von Meador und Weaver [1980] erweist sich
als am besten geeignet. Es besteht aus einer -Eddington-Approximation. Die Rückstreufunktion
für primär gestreute Strahlung wird mit Hilfe einer analytischen Näherung der
Henyey-Greenstein-Rückstreufunktion parametrisiert und die optischen Eigenschaften der
Wolke werden nach Slingo [1989] beschrieben. Eine Parametrisierung der Rückstreufunktion
für primär gestreute Strahlung mit der ersten Ordnung der Mie-Rückstreufunktion
erscheint ungeeignet. Für dieses Strahlungstransport-Konzept wurden optimierte Werte des
Diffusivitätsfaktors und der Diffraktionsspitze gefunden. Der anhand der Meßdaten optimierte
Wert für den Diffusivitätsfaktor ist Abhängig von der Flüssigwassersäule der Wolke.
Für optische Dicke Wolken ist U = 1.77 und dieser Faktor steigt auf Werte U>2für optisch
dünne Wolken mit geringer Flüssigwassersäule W