<strong>ESTIMATING</strong> <strong>CLOUD</strong> <strong>DROPLET</strong> <strong>EFFECTIVE</strong> <strong>RADIUS</strong> FROM SATELLITE REFLECTANCE DATAModified Exponential Approximation___________________________________________________________________________________________________SAMMANFATTNINGMoln förknippas ofta med väder och kanske i synnerhet lågtryck. Men moln spelar också enviktig roll i jordens uppvärmning. Moln både stänger ute värme, i form av inkommandesolstrålning, och isolerar, i form av utgående värmestrålning från jorden. Den totala effektenberor bl. a. på molnets höjd ovanför marken, tjocklek och inre struktur, såsom droppstorlekoch droppkoncentration (antalet molndroppar per volymenhet). Droppstorleken tillsammansmed droppkoncentrationen avgör molnets s. k optiska täthet, en egenskap som beskriver hurmycket av det inkommande solljuset som släpps igenom en viss tjocklek.Molnens egenskaper, då framför allt droppstorleken, avgör också nederbörden. Ju större ochtyngre droppar, desto troligare att dessa faller ut som regn, snö eller hagel. Enligt studier(Rosenfeld och Lensky, 1998; Pinsky och Khain, 2002) ligger den kritiska (effektiva)droppradien innan molndropparna faller ut som nederbörd på ca 14-15 µm. Det har visat sigatt aerosoler (små, luftburna partiklar t ex sot, damm, salter etc.) kan påverka droppstorleken.Vissa aerosoler (hydrofila) fungerar som kondensationskärna för molndroppar genom attutgöra en lämplig yta som atmosfärens vattenånga kan kondensera mot och bildavattendroppar. I ett luftpaket med hög aersolkoncentration finns således mångakondensationskärnor, vilket resulterar i många vattendroppar. Eftersom mängden vattenånga iluftpaketet är begränsad, blir vattendropparna som bildas mindre än de normalt skulle bli i”ren” luft (i absolut ren luft bildas teoretiskt sett inga vattendroppar alls, eftersom det intefinns någon kondensationskärna). De mindre vattendropparna har lägre sannolikhet att falla utsom regn och luftpaketet, eller molnet, får på sätt längre livslängd. Detta i sin tur kan leda tillförändrade nederbördsmönster och hydrologi, t ex genom att molnen hinner transportera bortvattnet i atmosfären innan det regnar ut.En effekt av att molndropparna i förorenade moln är mindre än normalt är att molnetsreflektiva egenskaper förändras. Då den inkommande solstrålningen passerar genommolndropparna absorberas en del medan en del sprids genom reflektion och ljusets brytning.Förenklat kan man säga att ju mer vatten molnet innehåller, desto mer solstrålning absorberas,och att små partiklar (små i förhållande till ljusets våglängd) sprider ljus bättre stora partiklar.Det senare skulle innebära att moln med hög aerosolkoncentration bättre sprider inkommandesolstrålning än moln med lägre aerosolkoncentration och på så sätt har en kylande effekt påklimatet. Detta kallas även aerosolers indirekta effekt. Enligt IPCC (2001) är den indirektaeffekten av aerosoler den enskilt största osäkerhetsfaktorn i dagens klimatmodeller. Manmenar att dagens aerosolhalter i luften troligtvis har en dämpande effekt på den globalauppvärmningen, men att betydelsen av denna effekt i förhållande till andra faktorer är osäker.För att kunna förutspå framtida klimatscenarier är det alltså av stor vikt att känna till huraerosoler påverkar molnets egenskaper, både i fråga om reflektans och nederbörd. Idealet äratt kunna jämföra molnegenskaper i luftmassor med låg respektive hög aerosolkoncentrationoch utifrån detta kunna dra slutsatser om aerosolers molnpåverkan. Eftersom ”provtagningar”av moln m h a flygningar är dyra och tidskrävande att genomföra är ett alternativ (ellerkomplement) att använda sig av datamodeller, för att utifrån satellitmätningar av moln kunnata reda på molnets tjocklek och droppstorlek. Man utnyttjar här effekten av att moln med olikadroppstorlek och dropptäthet har olika reflektans (d v s reflekterar och absorberar olikamycket). Tillsammans med kännedom om luftmassornas aersolhalt skulle dessa modellerkunna ge en uppfattning om aersolers inverkan på moln och molnbildning.ii
<strong>ESTIMATING</strong> <strong>CLOUD</strong> <strong>DROPLET</strong> <strong>EFFECTIVE</strong> <strong>RADIUS</strong> FROM SATELLITE REFLECTANCE DATAModified Exponential Approximation___________________________________________________________________________________________________I denna studie har en enklare modell använts på satellitdata från 9e maj 2004, för att beräknadroppsstorleken i moln över ett område i södra Sverige. Modellen kallas ModifiedExponential Approximation (MEA) och utgår från den uppmätta reflektansen i två olikavåglängdsband från satelliten MODIS Aqua: 0.620-0.670 µm och 2.105-2.155 µm. Modellenär en förenkling av den s k Asymptotiska teorin, en teori som bygger på att för tillräckligt tätamoln kan reflektansen beskrivas av kända funktioner, samt att den effektiva radien och denoptiska tätheten kan bestämmas näst intill oberoende av varandra. Istället för att beräknamedelradien eller typradien beräknas den effektiva droppradien eftersom denna är ett viktatmått på radien, som tar hänsyn till storleksfördelningen i molnet. MEA har tagits fram av bl.a. Alexander A. Kokhanovsky, docent i optik vid institutet för miljöfysik på universitetet iBremen, och har i flera studier använts i syfte att uppskatta molns optiska egenskaper.Studien resulterade i ett drygt 100-tal undersökta pixlar i satellitbilden, där den effektivadroppstorleken och optiska tätheten beräknats för de pixlar som uppfyller vissa krav påreflektansen. Droppstorleken för moln med optisk täthet större än 10 ligger i intervallet 11,4 –15,4 μm, med en medianstorlek på ca 14.6 μm. Detta ligger nära det förväntade värdet på 14μm, som enligt studier är typiskt för kustnära moln. Felet i modellen uppskattas till 10-20%,beroende på hur satelliten står i förhållande till det undersökta området, och molnets optiskatäthet.Den relativt enkla modellen har visat sig vara snabb i beräkningarna och samtidigt ge resultatjämförbara med betydligt mer avancerade och beräkningstunga modeller. Målet medmodellen är att kunna använda denna tillsammans med data över molntoppstemperatur för attkunna göra beräkningar av molnets tillväxt, och hur denna påverkas av aersolhalten i luften.För en framtida användning skulle en noggrannare utvärdering av modellens tillförlitlighetvara av stort värde, liksom en analys av modellens känslighet för vissa parametrar. Enutveckling av modellen som skulle kunna urskilja varma moln (bestående av enbartvattendroppar) från kalla moln (enbart iskristaller) och mixed phased (blandning avvattendroppar och iskristaller) skulle också vara intressant, eftersom modellen bygger påantagandet om varma moln, d v s moln enbart uppbyggda av vattendroppar.iii
Change language