Eine neue kontinuierliche Strahlungsparameterisierung von ... · • U, D aus...
16
Eine neue kontinuierliche Strahlungsparameterisierung von der Oberfläche bis zur Mesopausenregion Rahel Knöpfel und Erich Becker (Knöpfel & Becker, 2010, JQSRT, eingereicht)
Transcript of Eine neue kontinuierliche Strahlungsparameterisierung von ... · • U, D aus...
Ein
ene
ueko
ntin
uier
liche
Stra
hlun
gspa
ram
eter
isie
rung
von
der
Obe
rfläc
hebi
szu
rMes
opau
senr
egio
n
Rah
el K
nöpf
elun
d E
rich
Bec
ker
(Knö
pfel
& B
ecke
r, 20
10, J
QS
RT,
ein
gere
icht
)
Inha
lt
•M
otiv
atio
n•
Neu
es v
erei
nfac
htes
Stra
hlun
gssc
hem
a •
Res
ulta
te b
ei g
robe
r Auf
lösu
ng•
Zusa
mm
enfa
ssun
g
Strahlun
gsha
usha
lt der (m
ittleren
) Atm
osph
äre
CO2, O3, H
2O
H20, C
O2
Trop
osph
äre
Stratosphäre
Mesosph
äre
Thermosph
äre
Licht u
nd UV‐Strah
lung
Wärmestrah
lung
0 km
Sensible W.
Latente W.
H2O
Hintergrund: Spektrum [ blau: UV, rot: IR ]
340
W/m
224
0 W
/m2
100
W/m
2
170
W/m
2
+60
W/m
2
330
W/m
2
+10
W/m
2
300
W/m
2
370
W/m
2
-100
W/m
2-7
0 W
/m2
+100
W/m
2
-160
W/m
2
90 km
50 km
10 km
-10
W/m
2
230
W/m
2
Trei
bhau
seffe
ktW
olke
n
O3
O2 Dissoziation
Ziel
der
Ent
wic
klun
g ei
nes
neue
n S
trahl
ungs
trans
fers
chem
as fü
r glo
bale
Sim
ulat
ione
n•
Seh
r hoc
h au
fgel
öste
glo
bale
Sim
ulat
ione
n (T
300/
L200
) von
D
ynam
ik u
nd S
trah
lung
•A
nfor
deru
ngen
an
den
Stra
hlun
gstra
nsfe
r:-k
ontin
uier
lich
von
der O
berfl
äche
(„S
umpf
-Oze
an“)
bis
zur u
nter
en
Th
erm
osph
äre
-übe
rsch
auba
r (m
echa
nist
isch
) und
num
eris
ch e
ffizi
ent
-kon
sist
ente
Ber
ücks
icht
igun
g de
r Abw
eich
unge
n vo
m „G
ray
Lim
it “u
nd L
TE
•W
ir le
iten
vere
infa
chte
Tra
nsfe
rgle
ichu
ngen
her
, die
wir
dann
num
eris
ch v
on
der O
berfl
äche
bis
zur
unt
eren
The
rmos
phär
e in
tegr
iere
n
•K
eine
app
roxi
mie
rte A
usw
ertu
ng v
on k
ompl
izie
rten
Tran
smis
sion
s-fu
nktio
nen
•K
eine
Inte
rpol
atio
n zw
isch
en v
orge
gebe
nen
ther
mod
ynam
isch
en Z
ustä
nden
de
r Atm
osph
äre
not
wen
dig
•E
inhe
itlic
he S
trahl
ungf
luss
bere
chnu
ng ü
ber d
en g
esam
ten
Höh
enbe
reic
h so
wie
übe
r den
Fre
quen
zber
eich
Vor
teile
geg
enüb
er k
onve
ntio
nelle
n V
erfa
hren
Stra
hlun
gshe
izra
ten
für A
tmos
phär
e un
d O
berfl
äche
•U
, D=
auf
wär
tige
und
abw
ärtig
e E
nerg
ieflu
ssdi
chte
n
im la
ngw
ellig
en B
erei
ch (W
m-2
) •
S=
abw
ärtig
e so
lare
Ene
rgie
fluss
dich
te (W
m-2
)
•U
, D a
us S
trahl
ungs
trans
ferg
leic
hung
(RTE
) •
S m
it B
eer-
Bou
gert-
Lam
bert
Ges
etz
, sol
arer
Zen
itwin
kel
Abs
orpt
ions
koef
izie
nt
, k
i fre
ie P
aram
eter
c aA
bsor
berv
erte
ilung
, ene
rget
isch
e A
ufte
ilung
in 5
Bän
der
„coo
ling
to s
pace
“
Näh
erun
gen:
pla
npar
alle
l, ke
ine
Azi
mut
abhä
ngig
keit,
Edd
ingt
ion-
Näh
erun
g fü
r Zen
itabh
ängi
gkei
t, In
tegr
atio
n üb
er o
bere
n un
d un
tere
n H
albr
aum
mon
ochr
omat
isch
e Ed
ding
ton-
Gle
ichu
ngen
im p
-Sys
tem
:
„Rey
nold
szer
legu
ng“
und
Mitt
elun
g üb
er e
in F
requ
enzb
and
k:
Stra
hlun
gstra
nsfe
r im
lang
wel
ligen
Ber
eich
ωno
n-LT
E P
aram
eter
,ke
ine
Stre
uung
im L
TE !
,
,
, X
= U
, D, κ
Näh
erun
gen:
Stö
rung
en
mit
Els
asse
rban
d
-> T
rans
ferg
leic
hung
en fü
r gem
ittel
te S
trahl
ungs
flüss
e un
d S
töru
ngsa
mpl
itude
n
Mitt
lere
Stra
hlun
gsflü
sse
Stö
rung
sam
plitu
den
Ran
dbed
ingu
ngen
: Dk
= dk
= 0
für p
= 0
und
Uk
= B
k, u
k=
0 fü
r p =
ps
Gra
uhei
ts-P
aram
eter
:y
=
/ δ
kγk
(T,p
)->
Abw
eich
ung
vom
„Gra
y Li
mit“
Aus
HIT
RA
N: B
ands
tärk
e
, V
oigt
-Lin
ienb
reite
, Li
nien
abst
and
γk
= γk
(p,T
)
Freq
uenz
bänd
er, A
bsor
ber u
nd S
treua
lbed
oO
3H
2O(1
)H
2O(2
)C
O2
9.6 μm
6.3 μm
>15 μm
15 μ
m
Auf
teilu
ng d
er S
onne
nstr
ahlu
ng in
4 a
bsor
bier
ende
und
1 d
urch
gehe
ndes
Ban
d
Vor
gesc
hrie
bene
Abs
orbe
rver
teilu
ngen
ca
δk
Stre
ualb
edo
(2-N
ivea
u-M
odel
l)
Lang
wel
lige
Bän
der
Spo
ntan
e E
mis
sion
Inel
. S
töss
e
Abs
orpt
ions
koef
fizie
nt
1. O
2D
isso
ziat
ion
(UV
)
4. H
20 A
bsor
ptio
n in
der
Tro
posp
häre
(VIS
)2.
O3
Har
tley-
Hug
gins
Ban
d (U
V)
5. R
est
3. O
3C
hapu
is B
and
(VIS
)
Stra
tosp
häris
che
O3-
Ver
teilu
ng im
Jul
iTr
opos
phär
isch
e H
2O-V
erte
ilung
im J
uli
Zeitu
nabh
ängi
ges
CO
2-P
rofil
Küh
lung
sorn
Mec
hani
stic
gen
eral
Circ
ulat
ion
Mod
el
(KM
CM
) D
ynam
isch
er K
ern
•sta
ndar
d sp
ektra
l (S
imm
ons
& B
urrid
ge, 1
981,
MW
R)
•Auf
lösu
ng fü
r Tes
tsim
ulat
ione
n:
-Spe
ktra
le A
bbru
ch-W
elle
nzah
l: T3
2-7
0 H
ybrid
-Sch
icht
en im
Ber
eich
zw
isch
en 0
und
120
kmP
aram
etris
ieru
ngen
•Stra
hlun
g•T
urbu
lent
e D
iffus
ion
mit
kons
iste
nter
Ber
ücks
icht
igun
g de
rD
issi
patio
n•L
aten
te H
eizr
aten
: vo
rges
chrie
ben
in d
en T
rope
n, s
elbs
tindu
zier
t in
mitt
lere
nB
reite
n, e
infa
cher
Jah
resg
ang,
in d
er B
oden
bila
nz b
erüc
ksic
htig
t•S
chw
erew
elle
n:„e
xten
ded
Dop
pler
-spr
ead“
(Bec
ker &
McL
andr
ess,
200
9, J
AS
) ei
nfac
hes
Sch
ema
für o
rogr
aphi
sche
Sch
wer
ewel
len
Juli-
Klim
atol
ogie
n be
i gro
ber A
uflö
sung
95km
50km
10km
95km
50km
10km
95km
50km
10km
95km
50km
10km
Zona
l gem
ittel
te T
empe
ratu
r (K
) im
Jul
iZo
nal g
emitt
elte
r Zon
alw
ind
(ms-
1 ) u
nd
Stro
mfu
nktio
n (1
09kg
s-1 )
im
Jul
i
Zona
l gem
ittel
te S
W H
eizr
aten
(Kd-
1 ) im
Jul
iZo
nal g
emitt
elte
LW
Hei
zrat
en (K
d-1 )
im J
uli
Stra
hlun
gsbi
lanz
an
der A
tmos
phär
enob
ergr
enze
Jähr
lich
gem
ittel
te S
trahl
ungs
flüss
e (W
m-2
)
Der
Ene
rgie
-Übe
rsch
uss
in n
iede
ren
Bre
iten
und
die
Ene
rgie
defiz
ite in
hoh
en
Bre
iten
kom
pens
iere
n si
ch e
xakt
im
klim
atol
ogis
chen
Gle
ichg
ewic
ht.
Abs
orbi
erte
Son
nens
trahl
ung
Abg
estra
hlte
W
ärm
estra
hlun
g
Net
toef
fekt
Ener
gie-
Übe
rsch
uss
Ener
gie-
Def
izit
Ener
gie-
Def
izit
Jahr
esm
ittel
der
dia
batis
chen
Hei
zrat
en (K
d-1 )
Ja
hres
mitt
el d
er d
ynam
isch
en H
eizr
aten
(Kd-
1 )
Wär
meb
ilanz
in d
er u
nter
en A
tmos
phär
e
15km
10km
15km
10km
Abh
ängi
gkei
t der
CO
2 H
eizr
aten
von
der
inel
astis
chen
Sto
ssra
te C
21=
k 21[M
]
95km
50km
10km
95km
50km
10km
95km
50km
10km
95km
50km
10km
CO
215
μm
Hei
zrat
e (K
d-1 )
im J
uli f
ür 2
xk21
Ein
fluss
der
Abw
eich
unge
n vo
m „G
ray
Lim
it“au
f das
H2O
Rot
atio
nsba
nd
CO
215
μm
Hei
zrat
e (K
d-1 )
im J
uli f
ür 1
xk21
ω≈
1
O S
töss
eω
< 1
ω<
1
Abk
ühlu
ng d
urch
das
H2O
R
otat
ions
band
(Kd-
1 ) im
Jul
iA
bküh
lung
dur
ch d
as H
2O R
otat
ions
band
(Kd-
1 )
im J
uli f
ür e
ine
„gra
ue“A
tmos
phär
e
Ver
dopp
elun
g de
r CO
2-K
onze
ntra
tion
Jahr
esga
ng d
es Z
onal
win
des
bei 7
0°N
fü
r 31
5 pp
mv
CO
2
Jahr
esga
ng d
es Z
onal
win
des
bei 7
0°N
fü
r 6
30 p
pmv
CO
2
Tem
pera
turu
nter
schi
ed63
0 pp
mv
-315
ppm
v C
O2
im J
uli
Zona
lwin
dunt
ersc
hied
630
ppm
v -3
15 p
pmv
CO
2im
Jul
i95
km
50km
10km
95km
50km
10km
95km
50km
10km
95km
50km
10km
Zusa
mm
enfa
ssun
g ☺
•Ü
bers
chau
bare
Stra
hlun
gspa
ram
etris
ieru
ng m
it 4
la
ngw
ellig
en F
requ
enzb
ände
rn u
nd e
infa
che
Abs
orpt
ion
in 4
ene
rget
isch
en s
olar
en B
ände
rn.
•Ei
nhei
tlich
und
kon
tinui
erlic
h vo
n de
r O
berfl
äche
bis
zu
r unt
eren
The
rmos
phär
e !
•N
on-L
TEdu
rch
Stre
ualb
edo
aus
2-N
ivea
u-M
odel
l für
al
le 4
lang
wel
ligen
Bän
der
•Fr
eque
nzva
riatio
nen
inne
rhal
b de
r lan
gwel
ligen
B
ände
r: se
lbst
kons
iste
nte
Ber
echn
ung
durc
h zu
sätz
liche
Tra
nsfe
rgle
ichu
ngen
•R
esul
tate
bei
gro
ber A
uflö
sung
(T32
L70)
ver
nünf
tig
und
mit
ande
ren
Mod
elle
n ve
rgle
ichb
ar•
Num
eris
ch e
ffizi
ent,
zukü
nftig
auc
h fü
r ho
chau
fgel
öste
Sim
ulat
ione
n an
wen
dbar
Dan
ke fü
r Ihr
e A
ufm
erks
amke
it
Dis
kuss
ion
•K
urzw
ellig
er A
lbed
oeffe
kt v
on W
olke
n nu
r im
pliz
it be
rück
sich
tigt
•Tr
eibh
ause
ffekt
von
Wol
ken
bisl
ang
nich
t ber
ücks
icht
igt
•D
as E
lsas
ser B
andm
odel
l ist
für e
inig
e B
ände
r bei
kl
eine
m G
rayn
ess-
Par
amet
er z
u ei
nfac
h (R
ando
m-
Lore
ntz-
Mal
kmus
mod
el a
llgem
eine
r anw
endb
ar)
•(n
och)
kei
ne e
xpliz
iter F
euch
tigke
itszy
klus
in d
er
Trop
osph
äre
•Tr
acer
Tra
nspo
rt un
d C
hem
ie in
der
MLT
(noc
h) n
icht
be
rück
sich
tig•
Ban
dstä
rken
im k
urzw
ellig
en B
erei
ch s
ind
kons
tant
e,
freie
Par
amet
er.
•S
treuu
ng v
on k
urzw
ellig
er S
trahl
ung
am B
oden
, Wol
ken,
M
olek
ülen
und
Aer
osol
en n
icht
ber
ücks
icht
igt.
