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24,80 €ISBN 978-3-8440-3687-9Softcover72 pages29 figures108 g24,0 x 17,0 cmGermanReference book
June 2015
Edward H. Geyer
Das Licht der Wolken – Eine spektralphotometrische Untersuchung des Strahlungstransportes in Wolken
A Spectro-photometric Study of the Solar Radiative Transfer by Tropospheric Clouds
Die globale Wolkenbedeckung der Troposphäre beträgt im Durchschnitt etwa 55%, und trägt somit wesentlich zum Klima der Erde bei.
Da aber die Datenlage über die `Filterwirkung´ und der diffusen `Reflexionsfähigkeit´ der troposphärischen Wolken sich als sehr dürftig herausstellte, untersuchte der Autor des Buches mittels spektral-photometrischer Messungen im Wellenlängen-Bereich 0.4 µm bis 1.15 µm verschiedene Wolkentypen im Vergleich zu den Spektren des klaren Tageshimmels, um diesen Datenmangel zu beheben.
Ebenso wurden Staubwolken vulkanischen und wüstenhaften Ursprungs, wie vor allem die Rückstrahlung des Erdbodens mit seiner Pflanzenbedeckung, den Gewässern, und der Schneebedeckung des Bodens untersucht. Zusätzlich wurden auch polarisations-spektroskopische Messungen am klaren Tageshimmel und an Wolken durchgeführt. In Vollmondnächten wurde die spektrale Strahlungsdichte des Mondes gemessen und diese mit der entsprechenden Strahlungsdichte einer Eifel Lavabombe verglichen.
Da die spektralen-photometrischen Messungen des diffusen klaren Tageshimmels ein Abbild der extraterrestrischen Sonnenstrahlung in dem genannten Spektral-Bereich darstellt, der nur durch die Molekülabsorptionsbänder des O3, O2, und H2O gestört wird, ist der Vergleich der Wolkenspektren gerechtfertigt.
Die Diskussion der spektral-photometrischen Vergleichsmessungen zeigen, daß die sonnenbestrahlte Wolkenseite, die den Augen strahlend weiß erscheint, zwei Maxima bei 0.533 µm und im nahen Infrarot (NIR) bei 0.800 µm aufweisen, wobei das kurzwellige Maximum um etwa 5% geringere Strahlungsdichte zeigt als das NIR Maximum.
Dies bedeutet, daß die blaugrüne Strahlung in die Wolke einzudringen vermag, wogegen in den oberen Wolkenschichten die wärmende Strahlung diffus in den Weltenraum abgestrahlt wird; somit sind Wolken für NIR-Strahlung nahezu undurchlässig. Im Gegensatz dazu zeigen die meist grau erscheinenden Wolkenunterseiten eine Strahlungsemission bei 0.533 µm von 75%, wogen die NIR- Strahlung 100% beträgt. Die Ursache dafür ist, daß das `Wolken-Filter´ die blaugrüne Strahlung zu 75% passieren läst, im Erdboden mit seinem Pflanzenwuchs und den Gewässern absorbiert wird und als rote – infrarote Strahlung diffus gegen die Wolkenunterseite abgestrahlt wird. Diese ist jedoch für diese Strahlungsart nahezu undurchlässig und reflektiert diffus die rote-NIR-Strahlung zum Boden zurück (`Strahlungs-Ping-Pong´ Spiel). Ganz ähnlich verhalten sich troposphärische Staubwolken.
Somit stellt die Bewölkung ein reales Treibhaus im Klimageschehen dar und gleicht Witterungsextreme aus. Die spektralen Polarisationsmessungen zeigen, daß der klare Tageshimmel und auch die Wolken im blau-grünen Spektralbereich teilweise polarisiert sind, nicht jedoch im roten-NIR Bereich.
Das spektrale `Mond-Albedo´ ist jenem der Eifel-Lavabombe sehr ähnlich und erreicht maximale Werte ebenfalls im roten-NIR-Bereich. Dies ist von Bedeutung für die nachtaktive Fauna und Flora.
Da aber die Datenlage über die `Filterwirkung´ und der diffusen `Reflexionsfähigkeit´ der troposphärischen Wolken sich als sehr dürftig herausstellte, untersuchte der Autor des Buches mittels spektral-photometrischer Messungen im Wellenlängen-Bereich 0.4 µm bis 1.15 µm verschiedene Wolkentypen im Vergleich zu den Spektren des klaren Tageshimmels, um diesen Datenmangel zu beheben.
Ebenso wurden Staubwolken vulkanischen und wüstenhaften Ursprungs, wie vor allem die Rückstrahlung des Erdbodens mit seiner Pflanzenbedeckung, den Gewässern, und der Schneebedeckung des Bodens untersucht. Zusätzlich wurden auch polarisations-spektroskopische Messungen am klaren Tageshimmel und an Wolken durchgeführt. In Vollmondnächten wurde die spektrale Strahlungsdichte des Mondes gemessen und diese mit der entsprechenden Strahlungsdichte einer Eifel Lavabombe verglichen.
Da die spektralen-photometrischen Messungen des diffusen klaren Tageshimmels ein Abbild der extraterrestrischen Sonnenstrahlung in dem genannten Spektral-Bereich darstellt, der nur durch die Molekülabsorptionsbänder des O3, O2, und H2O gestört wird, ist der Vergleich der Wolkenspektren gerechtfertigt.
Die Diskussion der spektral-photometrischen Vergleichsmessungen zeigen, daß die sonnenbestrahlte Wolkenseite, die den Augen strahlend weiß erscheint, zwei Maxima bei 0.533 µm und im nahen Infrarot (NIR) bei 0.800 µm aufweisen, wobei das kurzwellige Maximum um etwa 5% geringere Strahlungsdichte zeigt als das NIR Maximum.
Dies bedeutet, daß die blaugrüne Strahlung in die Wolke einzudringen vermag, wogegen in den oberen Wolkenschichten die wärmende Strahlung diffus in den Weltenraum abgestrahlt wird; somit sind Wolken für NIR-Strahlung nahezu undurchlässig. Im Gegensatz dazu zeigen die meist grau erscheinenden Wolkenunterseiten eine Strahlungsemission bei 0.533 µm von 75%, wogen die NIR- Strahlung 100% beträgt. Die Ursache dafür ist, daß das `Wolken-Filter´ die blaugrüne Strahlung zu 75% passieren läst, im Erdboden mit seinem Pflanzenwuchs und den Gewässern absorbiert wird und als rote – infrarote Strahlung diffus gegen die Wolkenunterseite abgestrahlt wird. Diese ist jedoch für diese Strahlungsart nahezu undurchlässig und reflektiert diffus die rote-NIR-Strahlung zum Boden zurück (`Strahlungs-Ping-Pong´ Spiel). Ganz ähnlich verhalten sich troposphärische Staubwolken.
Somit stellt die Bewölkung ein reales Treibhaus im Klimageschehen dar und gleicht Witterungsextreme aus. Die spektralen Polarisationsmessungen zeigen, daß der klare Tageshimmel und auch die Wolken im blau-grünen Spektralbereich teilweise polarisiert sind, nicht jedoch im roten-NIR Bereich.
Das spektrale `Mond-Albedo´ ist jenem der Eifel-Lavabombe sehr ähnlich und erreicht maximale Werte ebenfalls im roten-NIR-Bereich. Dies ist von Bedeutung für die nachtaktive Fauna und Flora.
Keywords: Spektralphotometrie; Strahlungstransport; klarer Tageshimmel; Wolken; spectroscopy; radiation transfer; clear day sky; tropospheric clouds
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