Meyer, Elke (2002) Einfluss der windinduzierten Rauigkeit an der Ozeanoberfläche auf die Fernerkundung des Chlorophyllgehaltes. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, Germany, 56 pp.

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Abstract

In dieser Arbeit ist der Einfluss von Sonnenzenitwinkel und Windgeschwindigkeit auf die Strahldichte an der Grenzfläche Atmosphäre/Ozean untersucht worden. Ein Windmodul ist in einem Strahlungstransportmodell implementiert worden. Es sind für verschiedene Sonnenzenitwinkel und Windgeschwindigkeiten Modellrechnungen durchgeführt worden. Die Ergebnisse des Modells sind mit SeaWiFS Daten von 1998 verglichen worden.
Ein Monte Carlo Strahlungstransportmodell für inhomogene Bewölkung ist für den Ozean modifiziert worden. Es berechnet die normierten aufwärts gerichteten Strahldichten (lwn) für die Wellenlängen 490 nm und 555 nm. Die Strahldichten werden für die Sonnenzenitwinkel theta = 0° , 30° , 50° und einem Windgeschwindigkeitsbereich von 0 bis 15 m/s berechnet. Die vertikalen Profile der optischen Dicke und der Einfachstreualbedo werden aus den Chlorophyllgehalten 0.1 und 1.0 mg m-3 berechnet.
Die raue Wasseroberfläche wird durch ein Aneinanderlegen von vielen Facetten simuliert. Die Neigung der einzelnen Facetten beruht auf der Theorie von Cox und Munk (1954), die eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion für Wellenneigungen in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit hergeleitet haben.
Die Modellrechnungen ergeben, dass die Strahldichten bei theta = 30° und 50° sensitiv auf die Zunahme der Windgeschwindigkeit reagieren. Bei einem Zenitwinkel von theta = 0° reagiert die Strahldichte wenig sensitiv. Bei beiden großen Zenitwinkeln nimmt die Strahldichte signifikant bei hohen Windgeschwindigkeiten ab.
Das Einsetzen der Strahldichten in den OC2 (Ocean Chlorophyll 2-band) Algorithmus von O'Reilly et al. (1998) zeigt eine Überschätzung des Chlorophyllgehaltes bei theta = 30° und 50°. Die größte Sensivität findet man im Windgeschwindigkeitsintervall zwischen 0 und 5 m/s. Mit etwa 20 % wird der Chlorophyllgehalt bei den größeren Zenitwinkeln ab einer Windgeschwindigkeit von 5 m/s überschätzt. Bei einem Zenitwinkel von theta = 0° sind keine signifikanten Ergebnisse festgestellt worden.
Der Vergleich mit den SeaWiFS Daten von 1998 für die Punkte (30° Nord, 30° West sowie 50° Nord, 30° West) zeigt, dass vor allem die gemessenen Strahldichten bei der Wellenlänge von 490 nm die Tendenz des Modells bestätigen. Bei der Wellenlänge 555 nm zeigen die Messungen keine einheitliche Tendenz.

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