Wahl, Sebastian (2006) Parametrisierung dreidimensionaler Strahlungssflüsse in ECHAM5. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, Germany, 111 pp.

Preview

Text SWahl_Dipl_2006.pdf - Accepted Version Available under License German copyright act UrhG. Download (10MB)

Abstract

Die Berechnung des kurzwelligen atmosphärischen Strahlungstransports in Klimamodellen basiert üblicherweise auf eindimensionalen Strahlungstransportroutinen unter Verwendung planparallel-homogener Wolken. Die vertikale Variabilität der Bewölkung wird ausschließlich über sogenannte Überlappungsannahmen in der Vertikalen berücksichtigt. Horizontale Variabilität wird nicht berücksichtigt. Diese Arbeit untersucht die Ergebnisse einer Strahlungstransportparametrisierung nach Schewski und Macke (2003) (Schewski-Parametrisierung, SP) in ECHAM5 und vergleicht diese mit den Ergebnissen der modellinternen Strahlungstransportroutinen. Die SP wurde anhand eines 3D Monte-Carlo Strahlungstransportmodells, das auf ein mesoskaliges Wolkenmodell angewendet wurde, bestimmt. Die SP berücksichtigt daher den Einfluss der dreidimensionalen Struktur der Wolken auf den Strahlungstransport (sogenannte „3D-Effekte“). Im ersten Teil werden anhand der globalen Verteilung der Differenzen zwischen SP und ECHAM5 in den atmosphärischen Transmissions-, Reflektions- und Absorptionseigenschaften systematische Unterschiede und Grenzen der SP aufgezeigt, die zu der Entwicklung einer verbesserten Version der SP führen. Anhand der verbesserten Version der SP wird im zweiten Teil gezeigt, dass die Berücksichtigung von 3D-Effekten in der SP zu einer höheren Absorption sowie zu einer geringeren Reflektion solarer Strahlung in der Atmosphäre führt. In Bezug auf die Transmission ergibt sich je nach geographischer Lage und Wolkentyp eine höhere oder geringere Transmission solarer Strahlung bei Anwendung der SP im Vergleich zu ECHAM5. Letzteres gilt auch für den zonal gemittelten Wolkenstrahlungeffekt. Trotz der unabhängigen Parametrisierung von Transmission, Reflektion und Absorption ergibt sich eine nahezu exakte Konsistenz der SP. Anhand der SP wird desweiteren eine globale kurzwellige Strahlungsbilanz aufgestellt und mit ECHAM5 sowie den Ergebnissen von Kiehl und Trenberth (1997) verglichen. Trotz der im Rahmen der Analyse gefundenen lokalen Unzulänglichkeiten der SP ergibt sich eine mit ECHAM5 und Kiehl und Trenberth (1997) vergleichbare und konsistente Strahlungsbilanz. Im letzten Teil dieser Arbeit werden Zeitserien und Tagesgänge der optischen Eigenschaften der Atmosphäre in der SP und ECHAM5 in verschiedenen Klimazonen analysiert. Insbesondere im Bereich mariner Stratocumulusbewölkung über dem Ozean zeigt sich, dass die Berücksichtigung von 3D-Effekten in der SP selbst bei einem simplenWolkentyp wie marinen Sc z.T. Unterschiede von über 100 W/m2 in den reflektierten und transmittierten Strahlungsflüssen verursacht.

Actions (login required)

View Item