Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

Ausstrahlungsprofils von der Gegenstrahlung oberhalb der Wolke. Ein Teil der abwärtsgerichteten
Photonen verändern unter Streuung ihre Richtung und bekommen so eine
aufwärtsgerichtete Komponente.
6.4 Optische Eigenschaften von Wolken im solaren Spektralbereich
Das oben beschriebene empirische Strahlungsflußdichtemodell wird verwendet, um makroskopische,
optische Wolkeneigenschaften wie Transmissions- T , Reflexions- R und
Absorptionsgrad A als Funktionen der Flüssigwassersäule für unterschiedliche mittlere
Tropfendurchmesser zu bestimmen. Diese makroskopischen optischen Eigenschaften der
Wolken können mit Hilfe folgender Gleichungen abgeschätzt werden:
R = E+ top E, top , E +
basis E, basis
E + 2 , 2
top , E basis
T = E+ top E+ basis , E , top E, basis
E + 2 , 2
top , E basis
A = E+ top + E, basis , E , top , E +
basis
E +
top + E , basis
(6.4a)
(6.4b)
: (6.4c)
Diese Gleichungen folgen aus der Energieerhaltung (R+T +A = 1) und der Annahme, daß
der Reflexions-, der Transmissions- bzw. der Absorptionsgrad nicht von der Hemisphäre
abhängig sind, aus der die Strahlung in die Wolke einfällt.
Die Ergebnisse des empirischen Flußdichtemodells (Gl. 6.4a-c) sind in den Abbildungen
6.7a-c mit durchgezogenen Linien dargestellt. Die Abbildungen 6.7a-c zeigen den
Transmissionsgrad, den Reflexionsgrad sowie den Absorptionsgrad solarer Strahlung in
der Wolke als Funktion der Flüssigwassersäule sowie des Teilchendurchmessers. Der
Transmissions- und der Reflexionsgrad hängen deutlich vom Teilchendurchmesser ab. Die
relativ großen Fehler beim Absorptionsgrad verdecken die Sensitivität bezüglich des mittleren
Tropfendurchmessers.
Zum Vergleich sind auch Ergebnisse einer Parametrisierung von Stephens [1978b] (grau
unterlegt) und Rechnungen von Slingo [1989] (gestrichelt) in die Abbildung 6.7 eingebunden.
Das Modell von Slingo basiert auf der -Eddington-Approximation (Tab. D.1)
mit einer Parametrisierung der optischen Eigenschaften nach Gleichung (D.2a-c). Die Parametrisierung
von Stephens erfolgt durch eine Anpassung der Rückstreukoeffizienten in
Verbindung mit der hemisphärischen ZSA [Coakley und Ch´ylek, 1975] (Tab. 2.1) an Ergebnisse
einer MOM. Grundlage der Rechnungen sind Tropfengrößenverteilungen von Carrier
et al. [1967]. Unsere Beobachtungen zeigen im Mittel etwas höhere Tropfendurchmesser
als sie Stephens verwendet. Der von uns ermittelte mittlere Durchmesser beträgt 12 m
mit einer Standardabweichung von 3 mwährend Stephens Werte von 3 bis 11 mfür die
unterschiedlichen Wolkentypen verwendet.
Es bestehen bedeutende Unterschiede der makroskopischen optischen Eigenschaften. Das
Modell von Slingo hat die stärkste und die Parametrisierung von Stephens die geringste