Schewski, Mario (2001) Einfluss dreidimensionaler Bewölkung auf den breitbandigen solaren Strahlungstransport. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, Germany, 72 pp.

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Abstract

Die Vereinfachung der geometrischen Wolkenstrukturen hin zu planparallelen und horizontal homogenen Schichten erzeugt bei der Berechnung der solaren Strahlungsflussdichten qualitativ bekannte, systematische Fehler im Vergleich zu realistischen, dreidimensional inhomogenen (3D) Wolken. Die vorliegende Arbeit untersucht, inwieweit die Wolkeninformation, die in großräumigen, also nicht wolkenauflösenden Atmosphärenmodellen vorliegt, benutzt werden kann, um die Strahlungsflussdichten von dreidimensional inhomogen bewölkten Atmosphären zu bestimmen. Dazu wurden anhand einer großen Anzahl von Wolken, die aus einem kleinskaligen 3D wolkendynamischen Modell stammen, die räumlich gemittelten Wolkeneigenschaften mit den räumlich gemittelten Ergebnissen der Strahungstransportrechnungen für ebendiese Wolken korreliert.

Die wichtigsten Informationen über die Albedo, die diffuse und die direkte Transmission sind im mittleren Flüssigwasserpfad und im Bedeckungsgrad enthalten, desweiteren im mittleren Regenwasserpfad für die Albedo und in der Wolkendicke für die diffuse Transmission. Mit der gesamten Transmission korrelieren gut der mittlere Flüssigwasser-, Regenwasser- und Schneewasserpfad, während die Absorption am stärksten von der mittleren Wolkendicke, Temperatur der Wolkenoberkante und dem Eiswasserpfad abhängt. Die Variation des Azimutwinkels der einfallenden Strahlung erbrachte bei den meisten Wolken keine großen änderungen der Strahlungsflussdichten. Nur bei der direkten Transmission zeigten Wolken mit starken Inhomogenitäten und Bedeckungslücken teilweise größere Abhängigkeiten vom Azimutwinkel.

Die Korrelationen der Strahlungsflussdichten mit den Hauptkomponenten, die sich aus den ersten drei empirischen Orthogonalfunktionen (EOF) der mittleren Wolkenparameter ergeben haben, deuten andere Abhängigkeiten zwischen Wolken- und Strahlungseigenschaften an als die Kombinationen von Wolkenparametern, die die höchsten Korrelationskoeffizienten mit den Strahlungsflussdichten tragen. Die Muster der EOF aus den Wolkeneigenschaften lassen damit keine geeignete Interpretation durch die Strahlungseigenschaften der Wolken zu.

Die Wolkeninhomogenität, die in Form der Standardabweichung aus der Extinktion der Hydrometeore gerechnet wurde, nimmt starken Einfluss auf die Strahlungsflussdichten. Trotzdem gibt eine multiple Regression zwischen den räumlich gemittelten Wolkeneigenschaften und Strahlungsflussdichten die tatsächlichen, räumlich gemittelten Strahlungseigenschaften der 3D-Wolkenfelder gut wieder. Somit scheinen die Mittelwerte der Wolkenvariablen ausreichend Informationen über die Wolkeninhomogenität zu enthalten, wodurch die Möglichkeit der realistischen Parametrisierung der solaren Strahlungsflussdichten in großskaligen Atmosphärenmodellen gegeben ist, ohne explizit die individuelle 3D Struktur der spezifischen Wolkenfelder kennen zu müssen.

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