Optische Eigenschaften und Strahlungswechselwirkung von Aerosol unter wolkenfreien Bedingungen &#252;ber Deutschland
Authors: Witthuhn Jonas , Hünerbein Anja , Filipitsch Florian , Wacker Stefan , Meilinger Stefanie , Deneke Hartwig 
Published: December 2021

&lt;p&gt;Der Strahlungseffekt aus Aerosol-Strahlungs-Wechselwirkung beeinflusst den Energiehaushalt am Erdboden und ist daher von Bedeutung f&amp;#252;r unser Verst&amp;#228;ndnis des Klimasystems und von gro&amp;#223;em Interesse f&amp;#252;r den Bereich der erneuerbaren Energien. In dieser Studie wird der Strahlungseffekt unter wolkenfreien Bedingungen insbesondere im Hinblick auf saisonale und regionale Variationen f&amp;#252;r die Region Deutschland und das Jahr 2015 an der Erdoberfl&amp;#228;che sowie im oberen Bereich der Atmosph&amp;#228;re mit zwei komplement&amp;#228;ren Ans&amp;#228;tzen untersucht.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Zum einen wird ein Ensemble von empirischen Modellen, die Aerosole explizit ber&amp;#252;cksichtigen, verwendet, um die optische Tiefe und die direkte Strahlungswirkung von Aerosol am Boden mithilfe einer Fehlerminimierung zu ermitteln. Hierbei werden Messungen der solaren Einstrahlung an 25 Stationen des Beobachtungsnetzes des Deutschen Wetterdienstes (DWD) als Datengrundlage verwendet. Unter Anwendung eines Erkennungsalgorithmus werden dabei wolkenlose Situationen identifiziert. Die verwendeten empirischen Modelle sind MMAC, MRM v6.1, METSTAT, ESRA, Heliosat-1, CEM und das vereinfachte Solis-Modell. Die zugrundeliegenden Annahmen &amp;#252;ber Aerosol- und atmosph&amp;#228;rische Eigenschaften in diesen Modellen werden kritisch analysiert und diskutiert.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Im zweiten Ansatz werden explizite Strahlungstransfersimulationen des Strahlungseffekts unter Verwendung der CAMS-Reanalyse genutzt. Die optischen Eigenschaften des Aerosols, welche als Eingangsgr&amp;#246;&amp;#223;en aus der CAMS-Reanalyse bezogen werden (Optische Tiefe des Aerosols, Angstr&amp;#246;m Exponent, Einzelstreualbedo und Asymmetrieparameter), werden zun&amp;#228;chst mit den direkten Sonnen- und Inversionsprodukten von AERONET bewertet. Die gr&amp;#246;&amp;#223;te Inkonsistenz wurde bei der Aerosol-Absorption festgestellt, die von der CAMS-Reanalyse um etwa 30 % &amp;#252;bersch&amp;#228;tzt wird. Weiterhin wird die Sensitivit&amp;#228;t der Simulationen auf Unsicherheiten in den Eingangsgr&amp;#246;&amp;#223;en untersucht, und damit die resultierende Unsicherheit im Strahlungseffekt abgesch&amp;#228;tzt. Die Unsicherheit wird auf -1,5&amp;#177;7,7 Wm&lt;sup&gt;-2&lt;/sup&gt; am Boden und auf 0,6&amp;#177;3,5 Wm&lt;sup&gt;-2&lt;/sup&gt; am Oberrand der Atmosph&amp;#228;re gesch&amp;#228;tzt. Nach Korrektur von systematischen Abweichungen in der CAMS-Reanalyse hat Aerosol im Jahre 2015 einen mittleren abk&amp;#252;hlenden Strahlungseffekt von -10,6 Wm&lt;sup&gt;-2&lt;/sup&gt; am Boden und -6,5 Wm&lt;sup&gt;-2&lt;/sup&gt; am Oberrand der Atmosph&amp;#228;re. Es resultiert ein w&amp;#228;rmender Strahlungseffekt von 4,1 Wm&lt;sup&gt;-2&lt;/sup&gt; der kompletten Atmosph&amp;#228;re.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Die Ermittlung des Aerosol-Strahlungseffekts mit empirischen Modellen zeigt ein hohes Ma&amp;#223; an &amp;#220;bereinstimmung mit den Strahlungstransfersimulationen. Der Jahreszyklus kann allerdings, durch die festen Aerosol-Charakterisierung in den Modellen, nicht reproduziert werden. Von der Auswahl der vorgestellten empirischen Modelle zeigen die Modelle ESRA und MRM v6.1 die gr&amp;#246;&amp;#223;te &amp;#220;bereinstimmung.&lt;/p&gt;