Simuliertes Satellitenbild für das Spektralradiometer SEVIRI an Bord des Satelliten Meteosat-9. Dargestellt ist die Helligkeitstemperatur für den Kanal IR 13.4. Die Szene zeigt die Atmosphäre über Deutschland am 15. Mai 2012 um 12:00. Wolken liefern niedrigere Helligkeitstemperaturen, zeichnen sich also durch dunklere Strukturen ab.
Am Institut für Physik der Atmosphäre kommen numerische Modelle mit verschiedenen Lösungsansätzen zum Einsatz, um den Strahlungstransport in der Atmosphäre und die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Wolken oder Aerosol zu untersuchen. Als Beispiele für verwendete Lösungsansätze sind DISORT (Discrete-Ordinate), eine schnelle Two-Stream-Variante für die Berechnung von Strahlungsflüssen sowie MYSTIC (Monte Carlo Code for the Physically Correct Tracing of Photons in Cloudy Atmospheres) zu nennen, welche Teil des Programmpaketes libRadtran (Library for Radiative Transfer) sind. Die in den Simulationen betrachteten Wellenlängen liegen im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich. Während die beiden zuerst erwähnten Lösungsansätze eindimensionale Probleme behandeln, simuliert MYSTIC den Strahlungstransport dreidimensional und ist darüber hinaus in der Lage, dabei den Einfluss von Polarisation zu berücksichtigen. Ein weiteres Strahlungstransportmodell auf Basis der Matrix-Operator-Methode (MOM) wird ebenfalls genutzt.
Mit den Ergebnissen der Strahlungstransportsimulationen lassen sich wissenschaftliche Fragen in Bezug auf Wolken und Aerosole beantworten, die Möglichkeiten der Fernerkundung mittels Satelliten bestimmen und entsprechende Algorithmen entwickeln. Schwerpunkte der Forschung sind unter anderem die Eigenschaften von Eiswolken, ihr Lebenszyklus und die diesem zugrundeliegenden Wechselwirkungen sowie anthropogen erzeugte Eiswolken. Dies schließt Kondensstreifen und daraus entstehende Cirrus-Bewölkung ein. Auch im Rahmen der Entwicklung und Validierung von Algorithmen zur Ableitung von Wolkenparametern und Einflussgrößen bezüglich der Strahlungsbilanz kommen die Strahlungstransportmodelle zur Anwendung.
Um den Ertrag von Solarenergieanlagen zu erhöhen, wird an der Verbesserung der kurzfristigen Prognose der Sonneneinstrahlung gearbeitet. Mittels MYSTIC bezieht man die Circumsolarstrahlung in die Berechnung der an der Erdoberfläche auftreffenden Strahlung ein. Zusätzlich wurde ein Algorithmus zur Bestimmung der Intensität der UV-Strahlung mit Hilfe der eindimensionalen Matrix-Operator-Methode entwickelt.
Im Rahmen der vorgestellten Arbeitsbereiche kooperiert die Abteilung eng mit dem Meteorologischen Institut der Ludwig-Maximilians-Universität München (MIM), wo libRadtran von Mitarbeitern des Lehrstuhles für experimentelle Meteorologie (Prof. Mayer) entwickelt wird.
