Schade, Nils H. (2005) Experimentelle Erfassung und Interpretation der solaren Einstrahlung bei durchbrochener Bewölkung. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, Germany, 93 pp.

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Abstract

In dieser Arbeit wird der Einfluß durchbrochener Bewölkung auf die solaren Einstrahlung am Boden untersucht. Die zugrundeliegende Messkampanie wurden im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) mit dem Institut für Medizinische Klimatologie der Universität Kiel im Sommer 2004 (18. Juni - 16. September) auf der Nordseeinsel Sylt durchgeführt. Dabei wurde die Wolkenkamera des IFM-GEOMAR zur Erfassung der Wolken im kompletten Halbraum über der Kamera verwendet. Die notwendigen Bedeckungsgraddaten wurden mithilfe eines FORTRAN77 Programms aus den Bildern der Wolkenkamera, die alle 15 Sekunden vorliegen, bestimmt. Aufgrund von Streulichteinflüßen durch die verwendete Acrylkuppel und der relativ geringen Auflösung der Helligkeitswerte sind die Kameradaten fehlerbehaftet und bedurften einer genauen Nachbetrachtung. Dank der hochaufgelösten 2-sekündlichen Strahlungsmessungen konnten Strahlungserhöhungen von bis zu 481 W/m2 gegenüber der theoretischen Referenzstrahlung bei wolkenfreiem Himmel festgestellt werden. Die maximalen Werte traten bei recht unterschiedlichen Bedeckungssituationen auf, wobei eine Korrelation von 0,4 zwischen Strahlungserhöhungen und Bedeckungsgrad bestimmt wurde. Im Mittel wurden die stärksten Strahlungserhöhungen bei etwa 84 % Bedeckung erreicht, was mit den Ergebnissen von Estupinan et al. (1996) übereinstimmt. Die Bestimmung der Wolkenstruktur aus den Kameradaten wurde mithilfe einer Fläche/Umfang-Beschreibung der Wolken, dem Homogenitätsgrad 'HG', und der fraktalen Box-Dimension 'D' versucht. Die Ergebnisse scheinen den von Sabburg und Wong (2000) gefundenen Zusammenhang zwischen Strahlungserhöhung und Wolkentyp zu stützen. Hiernach treten die maximalen Werte bevorzugt bei cumulusartiger Bewölkung in den unteren und Cirren in den hohen Schichten auf. Die Cirruswolken führen dabei zu einer erhöhten diffusen Strahlung und somit auch zu einer erhöhten Reflexion and den Wolkenseiten der tieferen Cumuluswolken. Die Korrelation zwischen Strahlungserhöhungen ≥ 300 W/m2 und HG sind allerdings mit Werten von 0.2 nicht aussagekräftig. Die Berechnungen der fraktalen Box-Dimension scheinen zudem noch fehlerbehaftet und bedürfen näheren Untersuchungen. Weiterführende Untersuchungen am IFM-GEOMAR mit einer verbesserten Kamera sollten künftig deutlichere Ergebnisse liefern.

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