Kalisch, John (2005) Parametrisierung der solaren Einstrahlung über dem Ozean im Rahmen des "Meridional Ocean Radiation Experiment" MORE. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, Kiel, Germany, 101 pp.

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Abstract

In dieser Arbeit werden verschiedene Parametrisierungen der solaren Einstrahlung unter maritimen Bedingungen untersucht. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in den benötigten Eingangsgrößen. Besonderes Augenmerk wird auf die Bilder der Wolkenkamera gerichtet, die eine von synoptischen Wolkenbeobachtungen unabhängige Berechnung der solaren Einstrahlung am Boden ermöglichen. Die Grundlage bildet der Datensatz der ersten Forschungsfahrt des Meridional Ocean Radiation Experiment MORE vom Jahr 2004.

Strahlungsparametrisierungen nach Lumb (1964), Lind et al. (1984) und Dobson und Smith (1988) definieren synoptische Wolkenkategorien, innerhalb derer die Transmissivität der bewölkten Atmosphäre approximiert wird. Die Einteilung der Bewölkung in Kategorien ist relativ grob und kann bei geringfügig unterschiedlichen Beobachtungen zu großen Differenzen der berechneten Einstrahlung führen.
Die Strahlungsparametrisierung nach Zillman (1972) zeigt gute Übereinstimmungen mit gemessenen solaren Strahlungsflüssen. Die atmosphärische Transmissivität wird aus dem Wasserdampfdruck am Boden und dem Wolkenbedeckungsgrad abgeleitet. Dabei ist die Berechnung des Bedeckungsgrades nach Long und DeLuisi (1998) aus Bildern der Wolkenkamera bei unbewölktem Himmel fehlerhaft.
Bei allen Parametrisierungen kann die Einstrahlung bei wolkenfreiem Himmel am genauesten berechnet werden. Durchbrochene Cumulusbewölkung führt zu starken Fluktuationen der Einstrahlung, die aber im Mittel gut wiedergegeben werden kann. Stratiforme Bewölkung führt zu großen Fehlern, da die optische Dicke der Wolkenschicht in den Strahlungsparametrisierungen unberücksichtigt bleibt.

Als Ergebnis der Analysen der Strahlungsberechnungen kann die Parametrisierung nach Zillman soweit modifiziert werden, dass der systematische Fehler für den Datensatz der Forschungsfahrt gegen Null geht bei gleichzeitiger Reduzierung der Standardabweichungen der Differenzen von berechneter und gemessener Einstrahlung. Eine Überprüfung der modifizierten Strahlungsparametrisierung mit einem Datensatz der Nordseeinsel Sylt bestätigt diese positiven Resultate.

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