Solare und terrestrische Strahlungswechselwirkung zwischen ... - AWI

al., 1968; Joseph et al., 1976]; hemisphärische-Methode [Coakley und Ch´ylek, 1975];
PIFM [Zdunkowski et al., 1980] und Hybrid-Methode [Meador und Weaver, 1980] ständig
verbessert.
Um zu bestimmen, welche Approximation die beste Übereinstimmung mit der exakten
Lösung der SÜG liefert, wurden seit den 80er Jahren Vergleiche zwischen den ZSA und
der MOM durchgeführt. Das Ergebnis ist, daß keine dieser bisherigen Approximationen
die Anforderungen für den Einsatz in atmosphärischen Zirkulationsmodellen komplett
erfüllt. Jedoch erscheint die -Eddington-Methode als der beste Kompromiß 1 [Zdunkowski
et al., 1980; King und Harshvardhan, 1986; Harshvardhan und King, 1993]. Allerdings
weisen die Autoren darauf hin, daß die -Eddington Methode ungeeignet für optisch dünne
Wolken (Cirrus, arktischer Stratus) bei niedrigen Sonnenhöhen und für geringe Werte der
Einfachstreualbedo ! ist.
Zur Einschätzung der Leistungsfähigkeit gängiger Strahlungstransport-Konzepte wurde das
ICRCCM-Programm (The Intercomparison of Radiation Codes Used in Climate Models)
durchgeführt, deren Resultate 1991 veröffentlicht wurden. Danach ergibt sich der derzeit
gültige Stand:
Ergebnisse der “Linie–für–Linie“ Modelle stimmen untereinander gut überein. Die
verschiedenen Modelle weichen um weniger als 8 W m ,2 voneinander ab. Jedoch gibt
es bedeutende Unsicherheiten bei der Kontinuumsabsorption, so daß die Ergebnisse
nicht als absolute Referenz genutzt werden können.
Es bestehen keine systematischen Differenzen zwischen schmal- und breitbandigen
Modellen.
Falls ausschließlich CO2 und H2O als Gase in der Luft verwendet wurden, verstärken
sich sogar die Abweichungen zwischen den Ergebnissen verschiedener Modelle.
Die größten Unsicherheiten treten in bewölkten Modellatmosphären auf. Bei dünner
Bewölkung (W =10gm ,2 ) weichen die Modellergebnisse zum Teil über 35 W m ,2
vom Mittelwert ab. Bei diesem Wolkentyp liegt ein Teilchenspektrum mit einem effektiven
Radius von re =5.25 m zugrunde, wie er von Curry und Herman [1985]
in arktischen Stratuswolken beobachtet wurde. Doppelt so groß ist die Streuung der
Modellergebnisse für optisch dicke Wolken mit einer Flüssigwassersäule von W = 200
gm ,2 .
Ebenfalls wurde die Absorption solarer Strahlung in der gesamten Atmosphäre mit
einer extremen Variation berechnet. Im Einzelfall können die Abweichungen der ermittelten
Werte über 75 W m ,2 ausmachen, wenn niedrige Wolken vorhanden sind.
Diese Ergebnisse sind um so überraschender, weil viele Parametrisierungen dieser Modelle
in Laboruntersuchungen getestet wurden. Bei der Bewertung dieser Vergleiche ist ferner
in Rechnung zu stellen, daß die Modelle homogene Wolken mit planparallelen Unterund
Obergrenzen annehmen, die in der Natur nicht vorkommen. Bei einer Bodenalbedo
= 0:2 und einem Sonnenzenitdistanzwinkel 0 = 30 – wie sie bei diesen Vergleichen
verwandt wurden – stimmen die Rechenergebnisse der ZSA relativ gut mit exakten
1 Zdunkowski et al. [1980]erhalten die beste Übereinstimmung mit der“Practical Improved Flux Methode“
(PIFM). Allerdings ist diese Methode für konservativ streuende optische Medien äquivalent zur -Eddington-
Methode.