Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

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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].
Höhe Höhe 400 m 300 m 200 m 100 m 400 m 300 m 200 m a) b) gemessen ( Horizontalflug) modelliert (MODTRAN3.7) modelliert (Liu, 1991) ohne Streuung mit Streuung σT 4 Luft 240 270 300 Gegenstrahlung Htop W m -2 100 m 290 W m 320 Ausstrahlung -2 300 310 Abbildung 5.12: Gemessene (durchgezogene, fette Linie und Quadrate) und modellierte Pro le der langwelligen Strahlungs u dichte. Die Wolkenobergrenze liegt bei 300 m. Die zugrunde liegenden Strahlungstransport-Modelle MODTRAN 3.7 (durchgezogen) und das MOM Modell von Liu (gestrichelt) wurden sowohl mit Streuung (o ene Kreise) als auch ohne Streuung (geschlossene Kreise) gerechnet. Abbildung a) zeigt die Gegenstrahlungspro le und b) die Pro le der Ausstrahlung. Htop
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Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung
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5 Einfluß von Wolken auf den Strah
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Zusammenfassung Strahlungsprozesse
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Die Wirkung der unterschiedlichen a
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2 Theoretische Grundlagen der Strah
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ei gleichem Partikelradius (r =4 m)
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Wellenlänge λ 10 2 μm 10 effekti
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2.3.3 Spektral breitbandige optisch
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Aufgrund ihrer unterschiedlichen Wi
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(Gauss-Lobatto-Gewichte) der Winkel
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θ = θ0 nein ● Eingabe Einfachst
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