Wetter und Klima

Strahlung in der Atmosphäre



Simulierte Nadir-Strahldichte über einem Feld von Cumuluswolken.

Solare und thermische Strahlung sind die treibende Kraft der atmosphärischen Zirkulation und Chemie. Strahlung, die in der Atmosphäre oder Erdoberfläche reflektiert oder emittiert wird, wird von Fernerkundungsverfahren genutzt, um Atmosphäreneigenschaften aus Beobachtungen vom Weltraum abzuleiten. Das Verständnis der Strahlung und ihrer Wechselwirkung mit atmosphärischen Komponenten ist daher grundlegend für viele Gebiete der Atmosphärenforschung.

Strahlung wird von vielen Parametern beeinflusst, darunter der Sonnenstand, die Reflektionsfunktion der Erdoberfläche, die Profile von Druck, Temperatur, Feuchte und Spurengaskonzentrationen, die Anzahl, Zusammensetzung und Form von Partikeln (Aerosole) sowie Wasser- und Eiswolken. Wolken sind die wichtigste Komponente, denn

  • der Einfluss von Wolken (Reflexion von Sonnenstrahlung sowie das Zurückhalten thermischer Strahlung) ist groß im Vergleich zu den anderen Einflussparametern;
  • etwa 70% der Erdoberfläche sind im Mittel von Wolken bedeckt;
  • die zeitliche und räumliche Variabilität der Bewölkung (Bedeckungsgrad, Flüssig- und Eiswassergehalt, Tröpfchen- und Partikelgröße) ist sehr hoch.

Zur Simulation der Strahlung in der Erdatmosphäre entwickeln wir verschiedene Werkzeuge, unter anderem das dreidimensionale Strahlungstransfermodell MYSTIC. Die Abbildung zeigt als Beispiel einer solchen Simulation die von Cumuluswolken über einer inhomogenen Landoberfläche reflektierte Strahldichte, wie es von einem Satelliteninstrument bzw. von einem hoch fliegenden Beobachter gemessen bzw. gesehen würde. In diesem Beispiel scheint die Sonne von Süden (unten), unter einem Zenitwinkel von 30 Grad was an den Schatten am Boden deutlich zu erkennen ist. Die Wolke wurde mit einem wolkenauflösenden Modell simuliert. Solche simulierten Strahldichteverteilungen können unter anderem zu Entwicklung und Test von Fernerkundungsverfahren verwendet werden. MYSTIC behandelt alle Streu- und Absorptionsprozesse physikalisch korrekt und dient uns als Referenzmodell. MYSTIC läuft als ein Modul des ebenfalls von uns entwickelten Open-Source Modells libRadtran.

Im Bereich Strahlung in der Atmosphäre widmen sich unsere Forschungsziele dem grundlegenden Verständnis der Wechselwirkung von Wolken und Strahlung:

  • Entwicklung und Test von quantitativen Fernerkundungsverfahren
  • Verbesserung der Parametrisierung von Wolken in regionalen und globalen Wetter- und Klimamodellen
  • Quantifizierung des Einflusses von Strahlung auf die Chemie der Atmosphäre
  • Berechnung und Vorhersage von Solarstrahlung und ultravioletter Strahlung am Erdboden

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Texte zu diesem Artikel
Passive Fernerkundung mit Satelliteninstrumenten (http://www.dlr.de/pa/desktopdefault.aspx/tabid-8858/15305_read-5701/usetemplate-print/)
Strahlungstransfermodelle (http://www.dlr.de/pa/desktopdefault.aspx/tabid-8859/15306_read-5702/usetemplate-print/)