Einfluss von Wolken auf die Strahlungsbilanz

Wolken und die Strahlungsbilanz

Die Wechselwirkung von Wolken mit der solaren Strahlung ist eine wichtige Thematik in der Strahlungsbilanz der Erde. Um diese besser zu verstehen werden in der Abteilung Fernerkundung die Unsicherheiten in der Betrachtung des solaren Wolkenstrahlungseffektes am Boden und am Oberrand der Atmosphäre (mithilfe von Satelliten) untersucht.

Wolken haben einen erheblichen Einfluss auf den Energie- und Wasserhaushalt der Erde. Zusätzlich haben Wolken einen großen Einfluss auf die Temperatur am Boden, weil sie das Aufwärmen des Bodens über den Tag oder das Auskühlen in der Nacht Unterdrücken oder Begünstigen können. Deshalb ist es wichtig zu erforschen, wie sich hierbei unterschiedliche Wolken verhalten und wie diese global verteilt sind.

 

Messungen

Hierzu werden Messungen an Bodenstationen, Messungen auf sich bewegenden Messplattformen und Satellitenbeobachtungen genutzt. Allerdings liegen in den genutzten Methoden auch Quellen für Unsicherheiten, weil für die Ableitung von Bedeckungsgrad und Strahlungsflüsse der bewölkten und unbewölkten Atmosphäre Annahmen gemacht werden müssen. Neben der Untersuchung der strahlungsspezifischen Effektes der Wolken stellt auch die Untersuchung des Einflusses dieser Annahmen ein zentrales Thema dar.

Am Oberrand der Atmosphäre dienen Satellitenbeobachtungen der Quantifizierung bewölkter Szenen. Für diese Szenen wird untersucht, wie stark die Wolken die solare Einstrahlung reflektieren. Jedoch kann ein Algorithmus lediglich entscheiden, ob ein Satellitenbildpunkt bewölkt ist oder nicht. Eine Aussage über den Grad der Bewölkung ist hingegen nicht möglich. Das hat zur Folge, dass viele Szenen mit durchbrochener Bewölkung nicht als solche identifiziert werden und für diese Bildpunkte eine komplett bewölkte oder komplett unbewölkte Szene angenommen wird. Die Untersuchung des Einflusses dieser Annahme auf die am Oberrand der Atmosphäre beobachteten Strahlungsflüsse stellt einen Schwerpunkt in dieser Thematik dar.

Am Boden ist der Strahlungseffekt von Wolken in Beobachtungen eine Funktion des beobachteten Wolkentypes und des Bedeckungsgrades. Zusätzlich ist der beobachtete Strahlungseffekt von der Beobachtungsgeometrie aus Wolke, Sonne und Beobachter abhängig. Der beobachtete Wolkentyp kann ein einzelner sein, oder auch eine Kombination verschiedener Wolken in verschiedenen Schichten. Gerade in letzterem Fall ist die Zuordnung des Strahlungseffektes zu einer Wolke problematisch. Dieses ist jedoch wichtig um klimatisch relevante Aussagen treffen zu können. Ebenso ist der Bedeckungsgrad eine Größe, die sehr stark von dem Standort und dem Zeitpunkt der Beobachtung abhängt und nicht repräsentativ für einen Wolkentyp ist. Es wurde ein Verfahren entwickelt, das den Strahlungseffekt einer beobachteten Wolke unabhängig von dem Bedeckungsgrad angibt. Hiermit kann einer Wolke ein Wolkenstrahlungseffekt zugeordnet werden, der einen Vergleich von Strahlungsflüssen aus einem Strahlungstransportmodell erleichtert.

Ein weiterer Schwerpunkte ist die Validierung von Wolkeneigenschaften und Strahlungsparametern, die aus Satellitenbeobachtungen abgeleitet werden. Hierbei wird auch auf Schiffsmessungen zurückgegriffen, die oftmals als einzig verfügbare Bodenmessung auf den Ozeanen dienen. Das deutsche Forschungsschiff Polarstern dient hierzu als Messplattform und führt seit 2007 regelmäßig Atmosphärische Messungen auf dem Atlantischen Ozean zwischen Deutschland und Südafrika/Südamerika durch.