Atmosphärenphysik: Bereiche Solarstrahlung / Aerosol

Messung / Modellierung / CIRATRA / Aerosol-Klimawirkung / Ground-Truth

Solarstrahlung ist der Antrieb unseres Klimas, die Atmosphäre regelt das komplexe Erde-Atmosphäre-System. Im Hinblick auf Konstanz oder Wandel des Klimas muss die Solarstrahlung exakt gemessen werden. Zudem sind alle Einflussfaktoren in der Atmosphäre zu analysieren und adäquat zu modellieren.

Messung

Langjährige Erfahrung mit Sonnenphotometermessungen mit verschiedenen Geräten

ASP der Arbeitsgruppe von PD Dr. W. von Hoyningen-Huene
SPMH, Dr. Schulz und Partner, Buckow
HiRES, DLR Berlin, Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung

Planung und Durchführung von Messkampagnen

Zugspitze, Max-Planck-Hütte, Gipfelstation des IFU, Schneefernerhaus zur Kalibrierung der Messgeräte per Langley-Plot-Methode sowie zur Messung des Einflusses des Pinatubo-Aerosols im zeitlichen Verlauf.
Helgoland zur Charakterisierung des maritimen Aerosols
Ostseeküste (Zingst, Rügen): methodische Studien zur Ground-Truth-Validierung
Huelva (Südspanien) zur Ground-Truth-Validierung von Satellitenmessungen
Sagres (Portugal) im Rahmen von ACE-2 (The Second Aerosol Characterization Experiment, 1997)

Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle der Photometer durch Kalibrierung unter Hochgebirgsbedingungen

Regelmäßige Kalibrierung auf der Zuspitze.
Teilnehmer des „Radiometer Intercalibration Workshop RAD-I-CAL“ 1996, Zugspitze.

Modellierung

Modellierung des Strahlungstransfers in der Atmosphäre

Direkte Aufgabe der Berechnung des Spektralverlaufs optischer Dicken des atmosphärischen Aerosols.
Inversion von Aerosolgrößenverteilung (AGV) aus gemessenen Spektralverläufen optischer Dicken sowie aus kombinierten Datensätzen unter Einbeziehung der Streufunktion in der Aureole
Modellierung der Streufunktionen verschiedener AGV
Mie-Theorie für kugelförmige Partikel
Semiempirischer Ansatz von Pollack & Cuzzi (1980) für nichtsphärische Partikel
Analytische Lösung für Rotationsellipsoide nach Mishchenko
Modellierung der Mehrfachstreuung in der Atmosphäre unter Einsatz des Strahlungstransfercodes von Nakajima & Tanaka (1988)
Einsatz und Weiterentwicklung des kombinierten Inversions-Strahlungstransfer-Programms CIRATRA zur Bestimmung klimarelevanter Aerosolparameter

Software-Entwicklung für Auswertung und Modellierung mittels Fortran und IDL

CIRATRA

Schematische Darstellung  des gekoppelten Inversions-Strahlungstransfer-Programms CIRATRA.

Schema von CIRATRA

Schema von CIRATRA

Klimawirkung von Aerosol

Modellierung der Strahlungsbilanz im Erde-Atmosphäre-System zur Beurteilung der Klimawirksamkeit atmosphärischer Aerosole und deren physikalischer Parameter.

Bestimmung der Strahlungsbilanz abhängig vom Sonnenstand
Zeitliche und geographische Mittelung der Häufigkeiten bestimmter Sonnenstände
Integrale Bestimmung des globalen Strahlungsbilanzeinflusses bestimmter Aerosolparameter

Wichtige Ergebnisse dieser Arbeiten bildeten die Grundlage meiner Dissertation sowie zahlreicher wissenschaftlicher Publikationen.

Ground-Truth

Ground-Truth Validierung von Satellitendaten

Zeitsynchrone Messungen mit dem HiRES-Spektralphotometer des DLR Berlin, Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung, zu Überflügen des Satelliten IRS-P3 und den Strahldichtemessungen mit MOS
Bestimmung der momentanen Aerosolparameter mittels CIRATRA
Modellierung der aufwärtsgerichteten Strahldichten für den Satellitensensor

Zeitsynchrone Messkampagnen zu MOS-Überflügen

Helgoland
Ostseeküste (Zingst, Rügen)
Huelva (Südspanien)
Sagres (Portugal) im Rahmen von ACE-2

Beispiel einer CIRATRA-Auswertung

CIRATRA-Auswertung für Huelva 15.4.1997

Aerosol-Eigenschaften für 15.4.1997, Huelva (Spanien)

 

MOS-RGB-Bild vom 15.4.1997 Huelva

MOS-RGB-Bild vom 15.4.1997 Huelva

MOS-RGB-Bild vom 15.4.1997, Huelva (Spanien)

 

Freiberufliche Forschungsarbeiten

Aufbauend auf dem gekoppelten Inversions-Strahlungstransfer-Programms CIRATRA erfolgten weitere wissenschaftliche Arbeiten auf Honorarbasis für die Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, DLR Berlin (Institut für Weltraumsensorik, jetzt Earth Observation Center), Deutscher Wetterdienst Potsdam und das Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven.