Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

Transmissionsgrad
a)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
15μm
12μm
8μm
Stephens [1978b]
d = 3-11μm
empirisches
Flussdichtemodell
Slingo [1989]
12μm 12μm 12μm
6μm 6μm 6μm
0
0 20 40 g m 60
Flüssigwassersäule
-2
Reflexionsgrad
b)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
8μm
12μm
15μm
6μm 6μm 6μm
12μm 12μm 12μm
0
0 20 40 g m 60
Flüssigwassersäule
-2
Absorptionsgrad
c)
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
8μm
12μm
15μm
12μm 12μm 12μm
6μm 6μm 6μm
0
0 20 40 g m 60
Flüssigwassersäule
-2
Abbildung 6.7: Optische Eigenschaften (Gl. 6.4a-c) (a:Transmissionsgrad, b:Re exionsgrad,
c:Absorptionsgrad) von stratiformen Wolken in Abhangigkeit der Flussigwassersaule und ihre
Sensitivitat gegenuber dem Tropfendurchmesser, gultig fur einen Sonnenzenitdistanzwinkel
von 0 = 60 . Der grau unterlegte Bereich stellt eine Parametrisierung der optischen Eigenschaften
von Wolken nach Stephens [1978b] dar. Die durchgezogenen Linien ergeben sich aus
dem empirischen Flu dichtemodell und stehen fur drei verschiedene Tropfendurchmesser (9 m,
12 m und 15 m). Weiterhin ist ein Ergebnis von Slingo [1989] (gestrichelte Linie) abgebildet.
Stephens gibt in seinem Artikel den Radius maximaler Anzahldichte und Slingo den e ektiven
Radius an. Diese Werte wurden hier in einen mittleren Durchmesser umgerechnet.
Sensitivität gegenüber der Teilchengröße für den Transmissionsgrad und den Reflexionsgrad
bei konstanter Flüssigwassersäule. Die Streuung dieser drei Modelle ist erheblich bei
Wolkeneigenschaften, wie sie während des Experimentes REFLEX III im Mittel gefunden
wurden. Bei einer Flüssigwassersäulevon20gm ,2 und einem Durchmesser von 12 m
weißt der Transmissionsgrad der verschiedenen Modelle Werte zwischen 0.4 bis 0.6 auf. Der
Reflexionsgrad liegt zwischen 0.35 bis 0.55 und die Werte des Absorptionsgrades sind zwischen
0.02 bis 0.04. Während das empirische Flußdichtemodell Werte des Transmissionsund
Reflexionsgrades zwischen den Modellen von Slingo und Stephens liefert, sind sich die
Zwei-Strom-Konzepte bei der Absorption ähnlich, das empirische Flußdichtemodell liefert
hingegen einen kleineren Wert. Die von manchen Autoren gefundene erhöhte Wolkenabsorption
[Cess, 1995] können unsere Messungen in stratiformen Grenzschichtwolken im
arktischen Sommer nicht bestätigen.
6.5 Vergleich zwischen Zwei-Strom-Approximationen und
dem empirischen Flußdichtemodell
Die exakte Lösung der SÜG ist bei weitem zu aufwendig, um Anwendung in einem Wetteroder
Klimamodell zu finden. Eine praktische Möglichkeit bietet hingegen das Zwei-Strom-
Verfahren, sofern die erforderliche Genauigkeit zu erreichen ist. Die ZSA wurde in den
40er Jahren entwickelt und seitdem unter den Schlagwörtern Diskrete-Ordinate-Methode
[Chandrasekhar, 1989; Liou, 1973; Schaller, 1979]; Eddington-Approximation [Irvine et