Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

5.5 Streuung von Strahlung an Tropfen im thermischen
Spektralbereich
Strahlungstransfer-Modelle in der Zwei-Strom-Approximation vernachlässigen im allgemeinen
die Streuung im terrestrischen Spektralbereich. Die Folgen dieses Vorgehens lassen
sich durch einen Vergleich zwischen Messungen und Modellrechnungen abschätzen. Bei
Abwesenheit höherer Bewölkung ist die Ausstrahlung der Wolke an ihrer Obergrenze deutlich
größer als die Gegenstrahlung. Demzufolge sind mehr aufwärts- als abwärtsgerichtete
Photonen der Streuung ausgesetzt, so daß die Ausstrahlung vertikal reduziert und die Gegenstrahlung
erhöht wird.
Bei einer Temperaturabnahme mit der Höhe muß die Ausstrahlung stets größer der Tem-
peraturstrahlung T 4
luft der Atmosphäre sein, sofern Streuung keine Rolle spielt. Unsere
Messungen zeigen jedoch das Gegenteil im oberen Wolkenbereich (Abb. 5.12b). Folglich
spiegelt die Differenz deutlich die Streuwirkung auf die Ausstrahlung wider.
Vergleiche der Messungen am 24. Juli 1995 mit Ergebnissen zweier aufwendiger Strahlungstransport-Modelle
(MODTRAN 3.7 und MOM [Liu, 1991]), die sowohl mit als auch
ohne Streuung gerechnet wurden, zeigen folgendes:
Innerhalb der Wolke liegen die Modell- und Meßergebnisse enger beieinander als im
oberen Wolkenbereich und über der Wolke. Die Gegenstrahlung oberhalb der Wolke wird
von MODTRAN 3.7 in Übereinstimmung mit der Messung berechnet (Abb. 5.12a). Das
Modellergebnis von MODTRAN 3.7 mit berücksichtigter Streuung produziert innerhalb
der Wolke fehlerhaft geringere Werte der abwärtsgerichteten Gegenstrahlung als ohne
Streuung. Der Einfluß der Streuung ist besonders sichtbar beim Profil der Ausstrahlung.
Die Abweichungen der Ergebnisse beider Modellkonzepte sind deutlich. Die Messungen
decken sich mit der MOM [Liu, 1991] bei berücksichtigter Streuung (Abb. 5.12b).
Die geringen Gegenstrahlungswerte des MOM-Modells oberhalb der Wolke sind möglicherweise
durch die unberücksichtigten Gase (nur Wasserdampf wird verwendet) zu erklären.
Dagegen geht in die MOM die – mit den Teilchensonden in der Wolke gemessene –
spektrale Verteilung der Tropfengrößen ein, um optische Eigenschaften abzuleiten. Diese
Methode ist geeignet, um den Strahlungstransport in Wolken zu beschreiben. Der Einfluß
der Streuung beträgt beim Modell nach Liu 4Wm ,2 . Dies ist in Übereinstimmung
mit (Zdunkowski und Crandall [1971], Yamamoto et al. [1970], Hunt [1973] und Herman
[1980]). Dagegen zeigt das MODTRAN 3.7-Modell einen zu großen Streueinfluß.
Das Modell berücksichtigt nur den Flüssigwassergehalt und einen Volumenextinktionskoeffizienten.
Der Flüssigwassergehalt wurde aus den Teilchenmessungen bestimmt, der
Volumenextinktionskoeffizient beträgt entsprechend dem Wolkentyp (Stratus) 56.9 km ,1
bei einer Wellenläge von 0.55 m [Berk, 1995].