 | Hamann U. Die Erwärmungsrate in der tropischen Tropopausenregion / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen: Diss. - Köln: DLR, Bibliotheks- und Informationswesen, 2010. - iv, 210 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2010-32). - Bibliogr.: S.184-202. - ISSN 1434-8454
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1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Der Stand des Wissens ................................... 2
1.2 Offene Fragestellungen und die Ziele der Arbeit ......... 7
1.3 Die Strategie zur Beantwortung der Fragestellungen ..... 10
2 Grundlagen .................................................. 12
2.1 Die Grundlagen des Strahlungstransfers ................. 12
2.1.1 Definition der grundlegenden Strahlungsgrößen ... 13
2.1.2 Die Rayleigh-Streuung und Absorption durch
Spurengase ...................................... 15
2.1.3 Optische Eigenschaften von Partikeln ............ 17
2.1.4 Die Strahlungstransportgleichung ................ 20
2.1.5 Erwärmung und Abkühlung durch Strahlung ......... 22
2.2 Die globale meridionale Zirkulation .................... 24
2.3 Die tropische Tropopausenregion ........................ 27
2.3.1 Das mittlere Temperaturprofil in den Tropen ..... 28
2.3.2 Das Wasserdampfprofil und die Bewölkung
in den Tropen ................................... 31
2.3.3 Das mittlere Ozonprofil in den Tropen ........... 30
2.3.4 Charakteristische Höhenlevels und der
Vertikaltransport in den Tropen ................. 38
3 Modelle und Datensätze ...................................... 41
3.1 Das Strahlungstransfermodell libRadtran ................ 41
3.1.1 Verfahren zur Lösung der
Strahlungstransfergleichung ..................... 41
3.1.2 Spurengase, Bewölkung, Aerosole und
Erdoberfläche ................................... 45
3.2 Modellentwicklung ...................................... 46
3.2.1 Die stabile Simulation der Erwärmungsrate ....... 47
3.2.2 Die Mittelung zeitlicher Intervalle ............. 49
3.2.3 Der Wolkenüberlapp .............................. 51
3.2.4 Die Simulation von globalen Feldern ............. 55
3.3 Eingangsdatensätze ..................................... 60
3.3.1 ECMWF-Analysen und Vorhersagen .................. 61
3.3.2 Ergänzende Datensätze ........................... 65
3.3.3 Das WRF-Modell .................................. 67
3.4 Die Genauigkeit der verwendeten Datensätze ............. 67
3.4.1 Die Temperatur .................................. 67
3.4.2 Das Ozon ........................................ 68
3.4.3 Die Korrektur des Ozoneinflusses ................ 70
3.4.4 Der Wasserdampf ................................. 71
3.4.5 Die Bewölkung ................................... 74
3.4.6 Zusammenfassung ................................. 75
4 Validierung ................................................. 77
4.1 Die k-Verteilung ....................................... 77
4.2 Der Strahlungslöser .................................... 79
4.3 Der Wolkenüberlapp ..................................... 80
4.4 Der Modellvergleich mit dem ECMWF ...................... 85
4.4.1 Die Bilanz der Bestrahlungsstärke bei
wolkenlosem Himmel .............................. 88
4.4.2 Die Bilanz der Bestrahlungsstärke bei
bewölktem Himmel ................................ 93
4.4.3 Zusammenfassung ................................. 97
5 Die Erwärmungsrate in der tropischen Tropopausenregion ...... 99
5.1 Der Effekt von Spurengasen und Wolken .................. 99
5.1.1 Der Effekt von Spurengasen auf die
Erwärmungsrate .................................. 99
5.1.2 Der Effekt der Bewölkung auf die
Erwärmungsrate ................................. 102
5.2 Die Erwärmungsrate der tropischen Atmosphäre .......... 111
5.2.1 Die mittlere tropische Erwärmungsrate .......... 111
5.2.2 Die räumliche Struktur der tropischen
Erwärmungsrate ................................. 114
5.2.3 Die zeitliche Variation der tropischen
Erwärmungsrate ................................. 119
5.2.4 Der Tagesgang der tropischen Erwärmungsrate .... 132
6 Diskussion ................................................. 137
6.l Die Unsicherheit der simulierten Erwärmungsrate ....... 137
6.2 Der Vergleich mit anderen Publikationen ............... 141
6.2.1 Die Erwärmungsrate bei wolkenlosem Himmel ...... 141
6.2.2 Der Effekt der Bewölkung auf die
Erwärmungsrate ................................. 145
6.2.3 Der Effekt der Bewölkung auf die Höhe des
LZH ............................................ 148
6.2.4 Die räumliche Struktur der Erwärmungsrate ...... 148
6.3 Die Erwärmung durch Strahlung und die atmosphärische
Dynamik ............................................... 151
6.3.1 Der mittlere Massenfluss in die tropische
Stratosphäre ................................... 151
6.3.2 Die regionalen und saisonalen Strukturen des
TST ............................................ 155
7 Zusammenfassung ............................................ 157
8 Ausblick ................................................... 164
8.1 Die zukünftigen Anwendungsfelder ...................... 164
8.2 Die Verbesserung der Eingangsdatensätze ............... 165
8.2.1 Die Bewölkung .................................. 165
8.2.2 Die Atmosphäre und die Aerosole ................ 167
9 Anhang ..................................................... 169
Anhang ........................................................ 169
9.1 Die Volumenabsorptionsrate ............................ 169
9.2 Die Chapman-Schicht ................................... 170
9.3 Die residuale und die diabatische Zirkulation ......... 171
9.4 Die mittlere globale Erwärmungsrate ................... 175
9.5 Die Dehydration in der TTL ............................ 177
9.6 Die Simulation eles stratosphärischen Luftalters ...... 179
9.7 Die Simulation von Satellitenbildern .................. 180
Abkürzungen ................................................... 182
Literaturverzeichnis .......................................... 184
Index ......................................................... 203
Abbildungsverzeichnis ......................................... 205
Danksagung .................................................... 209
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