Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

Regionen mit hohem Aerosolanteil können einerseits solare Strahlung absorbieren, andererseits
aber im terrestrischen Spektralbereich Wärmestrahlung emittieren. Der Nettoeffekt
kann dabei sowohl eine Abkühlung als auch eine Erwärmung sein.
Abbildung 5.3 zeigt die Flußdichteprofile einer mit Aerosolen stark belasteten (Abb. 5.3a-c)
und einer nahezu aerosolfreien Atmosphäre (Abb. 5.3d-f). Die solaren und terrestrischen
Flußdichteprofile haben qualitativ den gleichen Verlauf mit der Höhe. Allerdings überwiegt
in der aerosolenreichen Luftsäule die solare Erwärmung, während in dem unbelasteten
Fall die terrestrische Abkühlung größer ist (Abb. 5.3c und 5.3f). In der belasteten
Atmosphäre (Abb. 5.3c) ist deutlich ein spiegelbildlicher Verlauf der solaren und terrestrischen
Erwärmungs- bzw. Abkühlungsrate zu erkennen. Die Nettoerwärmung der mit
Aerosolen belasteten Atmosphäre ist neben anderen Einflüssen auch eine Folge der hohen
Wolkenalbedo (hohe Reflexstrahlung in Grafik 5.3a), denn der durch die Wolke reflektierte
Anteil durchquert die höhere Atmosphäre ein weiteres mal und wird dort teilweise
absorbiert. Wolken können somit auch indirekt in den Strahlungshaushalt der Luftsäule
eingreifen.
5.2 Effektiver Emissionsgrad von Wolken
Der effektive Emissionsgrad (Wz) für abwärtsgerichtete Strahlung beschreibt das vertikale
Profil der Gegenstrahlung E +
l in Abhängigkeit von der darüberliegenden Flüssigwassersäule
Wz. Der effektive Emissionsgrad und die Flüssigwassersäule Wz berechnen sich
nach folgenden Gleichungen:
(Wz) = E+
+
l (Wz),E l (Htop)
T 4
luft (Wz) , E + (Htop)
Z Htop
Wz =
z
(5.1a)
m(h)dh ; (5.1b)
wobei Htop die Höhe der Wolkenobergrenze, z die Meßhöhe, m der Flüssigwassergehalt
und T die Temperatur ist.
In die Abbildung 5.4 mit der Abhängigkeit des gemessenen effektiven Emissionsgrades von
der Flüssigwassersäule gehen 29 Profilflüge von 12 unterschiedlichen Flugtagen ein. Die
Daten umfassen sowohl Situationen mit Strahlungsnebel mit einer Wolkenobergrenze von
150 m als auch Stratuswolken mit Mächtigkeiten zwischen 200 und 1300 m. Die gesamte
Flüssigwassersäule variiert von 3 g m ,2 für Nebel mit relativ großem Tropfendurchmesser
von 20 m bis zu Wolken mit mehr als 60 g m ,2 .EinHäufigkeitsmaximum liegt bei
W =20 10gm ,2 .
Die ebenfalls abgebildete Parametrisierung des effektiven Emissionsgrades von Stephens
[1978b] folgt aus einer Anpassung von Modellrechnungen für acht verschiedene Wolkentypen
durch eine Exponentialfunktion (Sättigungsfunktion)
St = 1, exp(,0:158 Wz) (5.2)