Projekt:FE Beobachtung 1/Wolkenradar/Einleitung
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Einleitung
BearbeitenDie komplexen Vorgänge und Wechselwirkungen unserer Erde sind auch im besonderen Maße in den Wechselwirkungen zwischen der Atmosphäre, Hydrosphäre, Pedosphäre und Biosphäre zu erkennen. Dabei spielt der hydrologische Zyklus unseres Klimasystems eine entscheidende Rolle.
Wasser tritt in der Atmosphäre in all seinen verschiedenen Aggregatzuständen nebeneinander auf. Dabei entsprechen die einzelnen Phasenübergänge wichtigen Energiequellen und Energiesenken. An der Erdoberfläche ist die Hauptkomponente die Verdunstung.
Somit nehmen Wolken in flüssiger oder eisförmiger Phase als Verbindungsgröße im hydrologischen Kreislauf eine zentrale Rolle im Strahlungs- und Energiehaushalt der Erde und der Atmosphäre ein.
Sie bewirken sowohl direkte als auch indirekte Auswirkungen auf die Atmosphäre. Bei starker Wolkenbedeckung wird der Anteil der solaren Strahlung durch erhöhte Rückstreuung vermindert.
So sind Wolken beispielsweise in der Lage, im Infrarotbereich sehr effektiv zu absorbieren. Dadurch bewirken sie einen recht starken natürlichen Treibhauseffekt und sind somit an der Erwärmung der Erdatmosphäre beteiligt. Gleichzeitig sind Wolken aber auch in der Lage, die einfallende Sonnenstrahlung sehr effektiv zu reflektieren. Dadurch wirken sie abkühlend auf die Atmosphäre und die thermische Ausstrahlung des Erde – Atmosphären Systems verringert sich.
Die Effekte der Erwärmung bzw. der Abkühlung von Teilen der Atmosphäre sind nicht nur vom Bedeckungsgrad sondern auch von der vertikalen Wolkenstruktur abhängig. Diese ist ihrerseits von mikrophysikalischen Eigenschaften wie der optischen Dicke und der Temperatur geprägt. Weitere Parameter, die die Wolken näher charakterisieren, sind zum Beispiel die Wolkenart, der Ort ihres Auftretens, der Flüssigwassergehalt, die Höhe, die Teilchenform sowie -anzahl und die Lebensdauer der Wolken. Ändert sich einer von diesen Parametern einer Wolke, so kann die abkühlende bzw. erwärmende Wirkung der Wolke auf die Atmosphäre verringert, vergrößert oder gar umgekehrt werden.
Im Allgemeinen haben hohe Cirren durch die geringen optischen Dicken und geringen Temperaturen meist einen erwärmenden Einfluss. Tiefhängende Wolken haben meist einen Abkühlungseffekt, der auf höheren Temperaturen und größere optische Dicken zurückzuführen ist.
Da verknüpfte Prozesse über die horizontale und vertikale Wolkenverteilung noch zu großen Teilen sehr komplex und ungeklärt sind, ist es ein wichtiger Bestandteil der aktuellen Forschung, ein Verständnis dafür zu entwickeln, wie sich Wolken im Zuge der globalen Erderwärmung verändern und welche Auswirkungen diese Veränderungen haben. Auch anthropogene Einflüsse könnten so Energieumverteilungen durch Rückkopplungsmechanismen nachhaltig stören.
So sollen diese Wissenslücken im Klimasystem unserer Erde geschlossen werden. Einen ersten Einblick lieferten dafür Satellitendaten. Diese sind aber nicht im Stande, einen dreidimensionalen Überblick über die Struktur von Wolken zu liefern. Aber gerade in den heutigen Klimamodellen sind diese Daten essentiell. Ein Fortschritt in dieser Richtung ermöglichte die Entwicklung der Mikrowellentechnologie. Radargeräte mit Mikrowellen sind so sensitiv auf kleine Wolkenpartikel und werden nicht so stark durch optisch dickere Wolken abgeschwächt. Mikrowellenradargeräte haben somit entscheidende Vorteile gegenüber Lidar oder Niederschlagsradaren.
Das bodengebundene, auf Flugzeugen installierte oder satellitengestützte Wolkenradar stellt somit ein wichtiges Instrument zur Forschung und Beobachtung von Wolken dar.
In Anlehnung an Kirchgäßner,A.: Wolken über der Antarktis: Verschiedene Beobachtungsverfahren im Vergleich, British Antarctic Survey, Cambridge, UK und O.Danne (1996): Messungen physikalischer Eigenschaften stratiformer Bewölkung mit einem 94 GHz - Wolkenradar,PhD Thesis, University of Hannover