Forschung im HLRN-Verbund 2011

50Wasser über den WolkenBerechnung der Wasserdampfkonzentrationen aus Limb-Messungen desSatelliteninstrumentes SCIAMACHYK. Weigel, W. Lotz, M. Vountas, Institut für Umweltphysik(IUP), Universität BremenKurzgefasst• Wasserdampf ist das wichtigste natürliche Treibhausgasin der Atmosphäre.• Auch der Wasserdampf oberhalb der Wolken,in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphärebeeinflusst unser Klima.• SCIAMACHY (engl.: Scanning Imaging AbsorptionspectroMeter for Atmospheric CHartographY)Satellitenmessungen bieten uns die Möglichkeit,eine lange und dichte Zeitserie des Wasserdampfszu berechnen; es gibt bis heute fast 3Millionen solcher Messungen und täglich kommenüber 1000 dazu.• Wegen der Menge der Profile und weil zur Berechnungdes Wasserdampfs aufwendige Strahlungstransportrechnungennötig sind, ist der Rechenzeitbedarfgroß.Wasser gibt es in er Atmosphäre nicht nur als Regen,Schnee und in Form von Wolkentröpfchenund Eiskristallen, sondern auch als Wasserdampf.Der ist durchsichtig, das heißt wir können ihnmit unseren Augen nicht sehen. Trotzdem spielter für die Strahlung in unserer Atmosphäre einewichtige Rolle: Er lässt das sichtbare Licht, dasvon der Sonne kommt, ungehindert zum Bodendurch, absorbiert aber viel Strahlung im infrarotenBereich und damit die von der Erde emittierteWärmestrahlung. Das macht den Wasserdampfzum wichtigsten natürlichen Treibhausgas in unsererAtmosphäre. Den meisten Wasserdampf findetman nahe des Erdbodens, aber selbst oberhalbder Wolken gibt es noch Wasserdampf. Modellstudienhaben gezeigt, dass er auch in diesemHöhenbereich, der oberen Troposphäre undder unteren Stratosphäre, einen deutlichen Einflussauf unser Klima am Boden hat. Wie groß dieserEinfluss genau ist, hängt dabei von der Konzentrationdes Wasserdampfes ab.Aber wie viel Wasserdampf ist dort genau?Das variiert je nach Ort und Zeit stark. Deshalb istes ein Ziel des DFG Projektes SHARP (engl.: StratosphericChange and its Role for Climate Prediction)[1] zu einem besseren Verständnis der Verteilungund der zeitlichen Änderung des Wasserdampfgehaltesin der Atmosphäre und dessen Wirkungauf das Klima beizutragen. Dazu braucht manmöglichst globale, regelmäßige und dichte Messungendes Wasserdampfs. Solche Messungenoberhalb der Wolken gibt es vor allem von Satelliten.Wir arbeiten daran, im Rahmen von SHARPeine Zeitserie der zonal gemittelten Wasserdampfkonzentrationaus Messungen von SCIAMACHY(engl.: Scanning Imaging Absorption spectroMeterfor Atmospheric CHartographY) seit August 2002bereitzustellen.Was ist SCIAMACHY? SCIAMACHY ist einSpektrometer auf dem europäischen Satelliten EN-VISAT, der die Erde seit 2002 14.4 Mal jeden Tagumrundet [2]. Um Informationen aus verschiedenenHöhen in der Atmosphäre zu bekommen, sindLimb-Messungen von SCIAMACHY besonders gutgeeignet. Bei diesem Messmodus schaut das Instrumentdurch die Atmosphäre über den Erdbodenhinweg in Richtung des Weltraumes. Dabeiwird für Höhenstufen von jeweils 3.3 km ein Spektrumdes gestreuten Sonnenlichts gemessen. Ausdiesen Spektren berechnen wir Wasserdampfprofileim Höhenbereich zwischen 11 km und 23 km.Wie kommt man von der gemessenen Strahlungzu Wasserdampfprofilen? Dazu werden diecharakteristischen Absorptionen der Wassermoleküleim infraroten Bereich des Spektrums genutzt.SCIAMACHY misst das gestreute Sonnenlichtin der Atmosphäre. Auf dem Weg zum Instrumentabsorbiert der Wasserdampf einen Teilder Strahlung, so dass man Absorptionslinien imgemessenen Spektrum sieht. Vereinfacht gesagt,verrät die Position der Linien, welche Gase sich inder Atmosphäre befinden. Die Linienstärke spiegeltdie Konzentration der jeweiligen Gase wieder.Allerdings spielen auch noch andere atmosphärischeGrößen, zum Beispiel Druck und Temperatur,eine Rolle. Deshalb kann man nicht direktaus den Spektren auf die Wasserdampfkonzentrationschließen. Um alle Einflüsse richtigberücksichtigen zu können, berechnen wir mitdem Strahlungstransportmodell SCIATRAN auseiner gegebenen Atmosphärenzusammensetzungdie Strahlung, die SCIAMACHY messen würde.Mit Hilfe inverser mathematischer Methoden wirddann in einem iterativen Verfahren das am bestenzur Messung passende Wasserdampfprofil ermittelt[3].Was ist das Besondere an den Wasserdampfprofilenaus SCIAMACHY Messungen? DieseMessungen sind mit wenigen Unterbrechungenseit August 2002 verfügbar. Das ist im Vergleichzu vielen anderen Satellitenmissionen bereits ei-Geowissenschaften