Die hohe raumzeitliche Variabilität von konvektiven Wolken hat erhebliche
Auswirkungen auf die Quantifizierung des Wolkenstrahlungseffektes. Da konvektive Wolken in atmosphärischen Modellen üblicherweise parametrisiert werden müssen, sind Beobachtungsdaten notwendig, um deren Variabilität sowie Modellunsicherheiten zu quantifizieren. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Charakterisierung der raumzeitlichen Variabilität von warmen konvektiven Wolkenfeldern mithilfe von Meteosat Beobachtungen sowie deren Anwendbarkeit für die Modellevaluierung. Verschiedene Metriken wurden untersucht, um Unsicherheiten in Modell- und Satellitendaten sowie ihre Limitierungen zu quantifizieren. Mithilfe des hochaufgelösten sichtbaren (HRV) Kanals von Meteosat wurde eine Wolkenmaske entwickelt, welche mit 1×2 km² die Auflösung der operationellen Wolkenmaske von 3×6 km² deutlich übertrifft. Diese ermöglicht eine verbesserte Charakterisierung von kleinskaligen Wolken und bietet eine wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung von satellitengestützten Wolkenalgorithmen. Für die Untersuchung der Lebenszyklen konvektiver Wolkenfelder wurde ein Tracking-Algorithmus entwickelt. Die raumzeitliche Entwicklung des Flüssigwasserpfads (LWP) wurde sowohl in einer Eulerschen Betrachtungsweise als auch entlang Lagrange’scher Trajektorien analysiert. Für die Wolkenfelder ergab sich eine charakteristische Längenskala von 7 km. Als Maß für die Wolkenlebenszeit ergab sich eine Lagrange’sche Dekorrelationszeit von 31 min. Unter Berücksichtigung des HRV Kanals verringern sich die Dekorrelationsskalen signifikant, was auf eine Sensitivität gegenüber der räumlichen Auflösung hindeutet. Für eine Quantifizierung dieser Sensitivität wurden Simulationen des ICON-LEM Modells mit einer Auflösung von bis zu 156 m berücksichtigt. Verbunden mit einem zwei- bis vierfach geringeren konvektiven Bedeckungsgrad besitzen die simulierten Wolken bei dieser hohen Auflösung deutlich größere LWP Werte. Diese Unterschiede verschwinden im Wesentlichen, wenn die simulierten Wolkenfelder auf die optische Auflösung von Meteosat gemittelt werden. Die Verteilungen der Wolkengrößen zeigen einen deutlichen Abfall für Größen unterhalb der 8- bis 10-fachen Modellauflösung,
was der effektive Auflösung des Modells entspricht. Dies impliziert, dass eine
noch höhere Auflösung wünschenswert wäre, damit mit ICON-LEM Wolkenprozesse unterhalb der 1 km-Skala realistisch simuliert werden können. Diese Skala wird zukünftig erfreulicherweise vom Meteosat der dritten Generation abgedeckt. Dies wird ein entscheidender Schritt für ein verbessertes Verständnis von kleinskaligen Wolkeneffekten sowie für die Parametrisierung von Konvektion in NWP und Klimamodellen sein.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:16715 |
| Date | 07 November 2017 |
| Creators | Bley, Sebastian |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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