Vorstudie zu einem spektralen Oxygen A-Band Full-Sky Imager

(eingestellt 14.07.2009)

Motivation: Der potentielle Informationsgehalt spektraler Wolkenbilder eines bodengebundenen Total-Sky-Imagers (TSI) soll untersucht werden. Konkret soll dabei die differentielle Absorption von Sonnenstrahlung durch den atmosphärischen Sauerstoff in der Oxygen-A Bande als Indikator für die Weglänge der Photonen durch die Atmosphäre betrachtet werden. Typische Fernerkundungsalgorithmen sowie Strahlungstransportschemata in Wetter- und Klimamodellen gehen von simpifizierenden Annahmen aus, wie z.B. nur eine einzige planparallel Wolkenschicht, die zu Fehlern in der mittleren Weglänge von Photonen führen. Diese Fehler haben aber zwangsläufig Einfluss auf die Genauigkeit von abgeleiteten Profilen der Erwärmungsrate, was insbesondere im Fall von gebrochener Bewölkung und bei mehreren Wolkenschichten zu signifikanten Fehlern führen kann. In der Diplomarbeit soll abgeleitet werden, inwieweit ein solcher Total-Sky-Imager technisch machbar ist, und ob er zur Fehlerabschätzung beitragen könnte.

Arbeitsplan:

1. Verwendung eines Line-by-Line Radiative Transfer Schemas zum Ableiten hochaufgelöster spektraler Vertikalprofile der Absorption, die das Oxygen-A Absorptionsband überdecken, dabei Selektion von mehreren “typischen” (etwa 5-10) Wellenlängen im Bereich des R- und P-Zweigs des Oxygen-A Bands (bei 762 nm und 765 nm). Die zu verwendende Software wäre HITRAN, siehe http://www.cfa.harvard.edu/HITRAN/, oder LBLRTM, siehe http://rtweb.aer.com/lblrtm.html

2. 1D und 2D Strahlungstransportberechnungen für diese Linien sowie für eine Referenzwellenlänge außerhalb dieser Absorptionsbande (z.B. bei 750 nm) für idealisierte Wolkensituationen.

Im 1D Fall sollen hierbei folgende Einflüsse untersucht werden:

a. Veränderung der Photonen-Weglänge im Fall einer einzelnen Wolkenschicht in Abhängigkeit von der Unterkante und Dicke der Wolkenschicht sowie der Bodenalbedo. Lässt sich aus der Zenith/Azimuth-Winkel Abhängigkeit eine Schätzung dieser beiden Parameter vornehmen?

b. Einfluss von mehreren Wolkenschichten (relevant sind hierbei Mehrfachreflektionen zwischen den Wolkenschichten).

Für den 2D Strahlungsfall soll der idealisierte Fall einer einzelnen Schicht mit gebrochener Bewölkung betrachtet werden. Interessante idealisierte Fälle sind hierbei

a. Seitenansicht einer einzelnen, isolierten hohen Cumulus-Wolke. Kann deren Entfernung/Höhe/Durchmesser aus der differentiellen Absorption (Vergleich der Reflexion in und außerhalb der Absorptionsbande) bestimmt werden?

b.Dünne gebrochene Stratocumulus Decke: Ist eine Bestimmung der Dicke/Höhe der Wolke möglich? Wie weichen die mittleren Weglängen von denen einer geschlossenen Wolkendecke ab, insbesondere als Funktion des Elevationswinkels? Zu verwendende Software: http://nit.colorado.edu/shdom.html

3. Bei ausreichender Zeit: Modellierung von realistischen 3D Wolkenfeldern, basierend auf Victor Venemas Surrogate Clouds, und unter Verwendung von SHDOM.

4. Synthese der bisherigen Ergebnisse und Schlussfolgerungen:

  • In welchen der untersuchten Wolkensituationen würde ein spektraler TSI gegenüber bestehenden Wolkenkameras welche zusätzlichen Informationen liefern?
  • Welche Kontraste müsste ein TSI auflösen können, um diese Information zu nutzen?
  • Welchen Wellenlängenbereich sollten spektrale Filter für einen optimalen Informationsgehalt genau abdecken?
  • Was ist das Potential eines solchen Instruments für die Validierung von Satellitenalgorithmen und die Verbesserung von Strahlungsschemata?
msthesis_proposed/oxygen-a-tsi.txt · Last modified: 2009/07/14 14:31 by csimmer
chimeric.de = chi`s home Creative Commons License Valid CSS Driven by DokuWiki do yourself a favour and use a real browser - get firefox!! Recent changes RSS feed Valid XHTML 1.0