Deutsche Forscher haben erstmals den Einfluss von Wolken auf kurzfristige Schwankungen der Sonnenstrahlung in Nordamerika gemessen. Sie nutzten ein weltweit einzigartiges Netzwerk von Strahlungssensoren, das am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) entworfen und gebaut wurde und von Anfang Juni bis Ende August in den flachen Prärien des Mittleren Westens der USA im Einsatz war dieses Jahr.
Sogenannte Pyranometer haben das einfallende Sonnenlicht an 60 Orten verteilt auf einer Fläche von 6×6 Quadratkilometern im US-Bundesstaat Oklahoma sekundengenau erfasst. Die Leipziger Forscher haben in unmittelbarer Nähe des Southern Great Plains (SGP) Atmospheric Observatory gemessen, dem weltweit größten und umfassendsten Observatorium für atmosphärische Strahlung.
Die Messkampagne „Small-Scale Variability of Solar Radiation“ (S2VSR) von TROPOS, dem US-Strahlungsmessprogramm ARM und der University of Oklahoma hat erfolgreich wichtige Klimadaten an der Erdoberfläche gesammelt. Die geplante wissenschaftliche Analyse dieser Daten zielt darauf ab, die neuesten Generationen von Wetter- und Umweltsatelliten sowie Photovoltaikanlagen effizienter zu nutzen und Wettervorhersagen und Klimamodelle genauer zu machen.
Diese Messungen ergänzen die Datensätze, die bei sechs vorherigen Feldkampagnen in Deutschland und in der Arktis seit dem Aufbau dieses Netzwerks vor zehn Jahren gewonnen wurden.
Für diese Kampagne sind nicht nur die vorherrschenden meteorologischen Bedingungen von Interesse, sondern auch die umfangreichen Vergleichsmöglichkeiten mit Routinemessungen am Standort des Observatoriums und im gesamten Bundesstaat Oklahoma, nämlich den umfassenden Atmosphärenmessungen des ARM-Programms und des Oklahoma MESONET.
Das TROPOS-Pyranometernetzwerk hat diese um Informationen zu Schwankungen auf der Sekunden- und Dekameterskala ergänzt, die die Routinemessungen aufgrund der zu großen Entfernungen zwischen den Stationen nicht liefern können.
Die Daten sollen nun als Grundlage für Vergleiche mit neuesten Satellitenbeobachtungen dienen: zum einen mit dem amerikanischen geostationären Satelliten GOES-R, der bereits alle 5 Minuten Beobachtungen mit 500m Auflösung liefert, ähnlich denen der europäischen METEOSAT-Satelliten von die dritte Generation wird für Ende dieses Jahres erwartet; Und zum anderen mit der europäischen Sentinel-2-Mission, mit Bildern von bis zu 10 Metern räumlicher Auflösung.
Die Feldkampagne stützte sich auf die logistische Unterstützung und die sehr gute Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Programm zur Messung der atmosphärischen Strahlung (ARM). ARM konzentriert sich auf die Erforschung der Atmosphäre und ihrer Wechselwirkungen mit der atmosphärischen Strahlung und betreibt seit 1992 das Observatorium in Oklahoma. Ein weiterer wichtiger Partner für die Kampagne und die geplante wissenschaftliche Analyse dieser Beobachtungen ist die School of Meteorology der University of Oklahoma .
Es ist die größte meteorologische Abteilung in den Vereinigten Staaten und traditionell vor allem für ihre Unwetterforschung bekannt. Aber es hat in den letzten acht Jahren einen bedeutenden Wandel hin zu einem umfassenderen Atmosphärenforschungsprogramm vollzogen. „Die Zusammenarbeit bei der Messkampagne S2VSR bietet hervorragende Chancen für unsere Forschungsgruppe CL2EAR (CLouds ClimatE Aerosols Radiation),“ sagt Prof. Jens Redemann, Direktor der School of Meteorology.
„Durch S2VSR haben unsere Studenten eine „praxisnahe“ Schulung im Umgang und in der Datenanalyse dieses einzigartigen Netzwerks von Pyranometern erhalten, das den Schlüssel zu vielen Fragen in unserem Forschungsbereich liefern könnte. Wir hoffen auf eine lange und umfassende Zusammenarbeit zwischen TROPOS und OU.“ Meteorologie.“
„Während der 12-wöchigen Kampagne wurden zwei Messstationen durch Mäharbeiten beschädigt, nur eine konnte repariert werden. Im Zuge der routinemäßigen Wartung wurden vereinzelt Beeinträchtigungen der Messungen durch verschmutzte oder verkantete Pyranometer festgestellt. Die vorläufige Die Qualitätssicherung der gesammelten Daten zeigt, dass die Gesamtqualität und Verfügbarkeit auch im Vergleich zu vergangenen Kampagnen sehr hoch ist und die Kampagne ein großer Erfolg war.“
„Hier ist besonders das Engagement der Studierenden der University of Oklahoma für die Instandhaltung hervorzuheben“, berichtet Dr. Hartwig Deneke vom TROPOS
Die nun beginnende wissenschaftliche Analyse der Daten der Small-Scale Variability of Solar Radiation (S2VSR)-Kampagne zielt auf neue Erkenntnisse über die kurzfristigen Schwankungen des Sonnenlichts an der Erdoberfläche ab, die vor allem durch Wolken verursacht werden.
„Auf diesen Skalen werden Effekte im atmosphärischen Strahlungstransport durch die dreidimensionale Struktur von Wolken dominiert, die bisher von aktuellen Wetter- und Klimamodellen sowie in satellitenbasierten Produkten nur unzureichend berücksichtigt wird. Wir hoffen, dass dies in Zukunft der Fall sein wird.“ „Langfristig werden die gewonnenen Erkenntnisse auch dazu beitragen, die kurzfristigen Prognosen des Sonnenlichts für die optimale Nutzung erneuerbarer Energien aus der Photovoltaik zu verbessern“, erklärt Dr. Hartwig Deneke.
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Präsentationsdetails: c-in.floq.live/event/iugg2023b … ac7492d1&type=detail
Bereitgestellt vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS)