Der Einfluss des dreidimensionalen Strahlungstransportes auf Wolkenbildung und -entwicklung
b'In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des dreidimensionalen\\nStrahlungstransportes, insbesondere der differentiellen Einstrahlung,\\nauf die Wolkenbildung und -entwicklung untersucht. Hierzu wurde ein\\nVerfahren zur Berechnung der Bestrahlungsst\\xe4rke am Boden unter inhomogener\\nBew\\xf6lkung entwickelt und in das Grobstruktursimulationsmodell EULAG\\nimplementiert. Durch Vergleich von Simulationen mit der originalen\\nModellversion und dem weiterentwickelten Modell wurde der Einfluss\\nder differentiellen Einstrahlung, verursacht durch Wolkenschatten,\\nauf die konvektive Grenzschicht untersucht.\\n\\nDas Verfahren beruht auf der tilted independent column approximation\\n(TICA). Hierbei werden einzelne S\\xe4ulen, die in Richtung der Sonne\\nausgerichtet sind, betrachtet und f\\xfcr diese die Strahlung unabh\\xe4ngig\\nvoneinander berechnet. Die Methode wurde optimiert, parallelisiert\\nund dadurch so stark beschleunigt, dass die Rechenzeiten der in dieser\\nArbeit durchgef\\xfchrten Simulationen mit EULAG-TICA nur maximal 3%\\n\\xfcber denen mit EULAG ohne Strahlung liegen. Durch Vergleich mit exakten\\ndreidimensionalen Strahlungstransportrechnungen wurde gezeigt, dass\\ndie TICA eine sehr gute N\\xe4herung zur Berechnung solarer Bestrahlungsst\\xe4rken\\nam Boden f\\xfcr unterschiedliche Wolkensituationen und verschiedene Sonnenzenitwinkel\\ndarstellt. Hingegen ist die verbreitete independent column approximation\\n(ICA) zur Berechnung von Bestrahlungsst\\xe4rken am Boden nur f\\xfcr im Zenit\\nstehende Sonne geeignet, da die ICA aufgrund der Beschr\\xe4nkung auf\\nden Strahlungstransport in senkrechten S\\xe4ulen keinen realistischen\\nSchatten produziert. Die berechnete Bestrahlungsst\\xe4rke wurde an die\\nModellphysik gekoppelt durch die Anpassung des W\\xe4rmeflusses am Boden.\\nDieser wirkt sich auf die Temperatur in der Atmosph\\xe4re aus. Anhand\\nvon Vergleichen mit Messreihen unter gleichen Wolkenbedingungen wurde\\ngezeigt, dass die durch die Wolkenschatten verursachten Temperaturfluktuationen\\nam Boden in Simulationen mit EULAG-TICA realistisch sind.\\n\\nZur Untersuchung des Einflusses der differentiellen Einstrahlung auf\\ndie Wolkenbildung wurden Simulationen einer einzelnen konvektiven\\nWolke durchgef\\xfchrt. Der Einfluss auf die Wolkenentwicklung wurde anhand\\nvon Simulationen der konvektiven Grenzschicht untersucht. Die Simulationen\\nmit und ohne Wolkenschatten zeigen deutliche Unterschiede. Im Bereich\\ndes Wolkenschattens ist der Aufwind wie erwartet schw\\xe4cher ausgepr\\xe4gt\\nals in der Referenzsimulation ohne Schatten. Als Folge des schw\\xe4cheren\\nAufwindes reicht die Wolke in den Simulationen mit Schatten weniger\\nhoch und weist daher ein geringeres Volumen und einen geringeren Fl\\xfcssigwasserpfad\\nauf. Ist das Wolkenwachstum nach oben durch eine Inversion begrenzt,\\nso wie in der konvektiven Grenzschicht, zeigen sich kaum Unterschiede\\nim Bedeckungsgrad und Wolkenvolumen zwischen den Berechnungen mit\\nund ohne Wolkenschatten. In jedem Fall hat die differentielle Einstrahlung\\njedoch einen starken Einfluss auf die Zirkulation. Vertikalprofile\\nder horizontalen Windgeschwindigkeiten zeigen mittleren Wind von der\\nWolke in Richtung ihres Schattens in H\\xf6he der Wolken und in entgegengesetzter\\nRichtung in Bodenn\\xe4he. Dies bedeutet, dass die an konvektiven Wolken\\nvorhandene Zirkulation (aufsteigende Luft unterhalb der Wolke, Ausflie\\xdfen\\nin der H\\xf6he der Wolke aus der Wolke heraus in alle Richtungen, absinkende\\nLuft neben der Wolke und am Boden Luftbewegung von allen Seiten unter\\ndie Wolke) in Richtung des Schattens orientiert wird. Des Weiteren\\nzeigen die Ergebnisse eine Bewegung der Wolken weg von ihrem Schatten,\\nbzw. eine Aufl\\xf6sung der Wolken oberhalb ihres Schattens und Wolkenwachstum\\nauf der der Sonne zugewandten Seite. Steht die Sonne im Zenit ist\\ndie Lebensdauer der einzelnen Wolken k\\xfcrzer. Sie l\\xf6sen sich schneller\\nwieder auf, da der sie bildende Aufwind durch den Schatten abgeschw\\xe4cht\\nwird.'