Wolken-Strahlungseffekte aus bodengestützten, vertikal-aufgelösten Wolken- und Strahlungsbeobachtungen und Strahlungsschließungsstudie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Christine Knist; Professor Dr. Gunther Seckmeyer
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513446258

Dieses Projekt ist Teil der DFG-Forschungsgruppe „Wolkenstruktur und Klima - Schließen der 3D-Lücke“ und befasst sich mit der dreidimensionalen Natur der Wolkenstruktur und dem entsprechenden 3D-Wolken-Strahlungseffekt mittels bodengestützten Fernerkundungsmessungen von Wolken und ihren Strahlungseigenschaften. Die bodengestützten Fernerkundungsbeobachtungen von Wolken, einschließlich deren makro- und mikrophysikalischen Eigenschaften, sind vertikal aufgelöst und bieten zusammen mit den Strahlungsbeobachtungen einen wertvollen Datensatz zur verbesserten Charakterisierung der 3D-Strahlungseffekte von Wolken. Dazu berechnen wir empirisch abgeleitete und statistisch belastbare Wolken-Strahlungs-Korrelationen aus Langzeit-Messdatenreihen, die gängige Wolkentypen und Wolkenregime sowie deren natürliche Variabilität abdecken. Darüber hinaus bestimmen wir den Wolkenstrahlungseffekt, welcher als Differenz der Nettostrahlungsflüsse im bewölkten und unbewölkten Fall definiert ist, und analysieren die Sensitivität des Wolkenstrahlungseffekts gegenüber den wichtigsten atmosphärischen Parametern. Diese Untersuchung wird mit einer Langzeit-Strahlungsschließungsstudie ergänzt, bei der die Strahlungsbeobachtungen am Boden und am Oberrand der Atmosphäre mit denen aus Strahlungstransportmodellen berechneten, verglichen werden. Als Input für die Strahlungstransportrechnungen dienen die gemessenen Wolkeneigenschaften aus den Fernerkundungsbeobachtungen und der atmosphärische Zustand. Auf diese Weise lassen sich die gemessenen und abgeleiteten Wolkeneigenschaften hinsichtlich ihrer Genauigkeit evaluieren. Zudem können die Auswirkungen einer vereinfachten 1D-Wolkenstruktur im Strahlungstransportmodell durch den Vergleich von Strahlungsbeobachtungen mit Modellergebnissen, die den Strahlungstransfer von 3D-Wolken berücksichtigen als auch vernachlässigen, charakterisiert werden. Die Beobachtung der einzelnen Komponenten des 3D-Wolkeneffekts, wie z. B. der kurzwellige Strahlungsaustritt an den Wolkenrändern, ist wichtig für die Validierung von Modellrechnungen und erfordert spektrale Strahlungsmessungen. Die jüngste Entwicklung des „Advanced Multidirectional Spectroradiometer“ liefert spektrale Strahldichte-Messungen von der oberen Hemisphäre in mehr als 140 Richtungen im Wellenlängenbereich von 280 - 1700 nm innerhalb von 1 Sekunde und ist derzeit weltweit einzigartig. Diese neuartigen Beobachtungen dienen als unabhängige Größen für die Berechnung von Korrelationen der spektralen Strahldichte mit verschiedenen Wolkentypen (z.B. homogene Wolkendecke vs. aufgelöste Wolkenschichten) und für eine ergänzende Strahlungsschließungs-Studie. Die Analyse der bodengebundenen Wolken- und Strahlungsbeobachtungen ist eine wichtige Ergänzung zu den Satellitenmessungen und der Modellperspektive für die DFG-Forschungsgruppe, um unsere Fähigkeit zur Beobachtung, zum Verständnis und zur Modellierung der Strahlungseffekte von Wolken zu validieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5626: Wolkenstruktur und Klima - Schließung der 3D-Lücke
• Mitverantwortlich: Dr. Stefan Wacker