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Abstract:
Ziel cler vorliegenden Arbeit uncl cler heutigen Aerosolforschung ist es, die geographische
und zeitliche Var-iation der Strahlungseigenschaften atmosphärischer Aerosole in l{lima-
rnoclellen zu berücksichtigen, also clen Strahlungsantrieb cler Aerosole zu bestimmen uncl
clar-aus clie l{limawirkung abzuschätzen.
Da eine interaktive Berüclisichtigung von Aerosolen in ihlel Gesamtheit einschließlich
Entstehung, Tra,nsport uncl Räckkopplungen aufgruncl del Komplexität in Klimamodellen
nicht rnögiich ist, wirci cler Globale Aerosolclatensatz (GADS) (I(öpke et al. (1997)) fär
cliese Untersuchungen benutzt. Dieser', auf Messungen uncl realistischen Modellannahmen
ba,sierende Datensatz, beinhaltet natürliches und anthropogenes Aerosol und läßt sich
ohne großen Rechenzeitaufivancl in I{limarnodellen berücksichtigen. Das wird in dieser
Arbeit ausfiïhllich beschrieben, die sich wie folgt glieclert:
Mit einem ó-Eclclingion-Strahlungstranspoltmoclell wird cler Strahlungsantrieb durch Ae-
losol in Abhängigkeit von der Oberflächenalbedo uncl dem Zenitwinkel abgeschåtzt. Für
ein mittleles Aerosol erhalten r,vir irn globalen Mittel einen negativen kurzwelligen Strah-
lungsantrieb, cler regional inhomogen ist. In Abhängigkeit vom Sonnenwinkel, der Bo-
clenalbedo und clen optischen Eigenschaften des Aerosols kann der Antrieb sowohl negativ
als auch positiv sein. Die Abhängigkeiten sind nicht linear.
Der clirelite Aelosolstrahlungsantrieb wirkt sich auf die Temperatur aus. Anhand einer
vertikalen Säule cles Klimamodells (ECHAMID) werden die Auswirkungen des Aerosoi-
strahlungsantriebs auf clie cliabatischen Prozesse und die Temperatur berechnet. Eine
veränclerte Aerosolzusammensetzung a1s Folge cler Inclustrialisierung ist eine mögliche
IJrsache für' clie Reclulition cler Globalstrahlung. Die in clieser Arbeit vorgestellte Sensiti-
vitätsstuclie mit dem ECHAMID für mittlere nördliche Breiten ergibt, claß die Änclelung
cler Aelosolzusarnrnensetzung zu einer Recluktion der Globalstrahlung um 16 Wf nf in
Jahresmittel ftihrt. Del Vergleich mit clel Literatur zeigt, daß die clirekte Strahlungswir-
kttng von Aerosol hier einen Anteil von bis m 20% an der Recluktion clel Globalstlahlung
ausrnach.t. Die veränclelte Aerosolzusammensetzung fährt zul Elwärmung der bodenna-
iren Schichten um 0.3 K, verursacht clurch clen erhöhten R.ußanteil. Es folgt, daß Ruß zur
Bestimmnng cler Iilimawirkung anthlopogener Aerosole zu berücksichtigen ist.
Del Globale Aerosolclatensatz wircl in clas globale Zirkulationsmoclell (ECHAM4) in-
tegriert. Aus clen Teilchenzahlen der GADS Aerosolkomponenten werclen Massenmi-
schungsvelhältnisse bestimmt uncl die optischen Eigenschaften der Aelosole an clie Spek-
tralbeleiche cles ECHAM4 angepasst.
Der direkte Aerosolstra,hlungsantrieb wircl für clie wolkenfreien Gebiete bestimmt, Riïck-
kopplungsmechanismen werclen ausgeschlossen. Im globalen Mittel beträgt der gesamte
kulzwellige Strahlungsantrieb clurch GADS am Oberrand der Atmosphär'e im Januar -1.4
IMf nf , -2.I lVf nz2 im Juli. Die Sonnenstrahlung wircl am Boden im globalen Mittei im
Ja,nual um -4.3 Wf nz2, im Juli um -6.5 Wf m,2 reduziert.IJm die mittlere Klimawirkung des direkten Aerosolstrahlungsantriebs zu untersuchen,
werden die Ergebnisse aus perrnanenten Januar uncl Juli Simulationen des ECHAM4
über 20 Jahre gemittelt und ausgewertet. Es werden die Änderungen der Strahlungs-
flüsse, Temperatur, Wärmefliïsse, Bewölkung uncl Niederschlags sowie des Geopotentials,
verursacht durch clie Wechselwirkung und R,ückkopplungen des direkten Aerosolstrah-
lungsantriebs mit dem I{limasystem, betrachtet. Die wichtigsten Ergebnisse sind:
Der global mittlere kurzwellige Strahlungsantrieb am Oberland cler Atmosphär.e clurch
GADS beträgt im Januar -r.4 Wlm,', -0.1 wl*' im Juli, cler langwellige Antrieb im
Janua'r 2.02 lVlm2 uncl 0.86 Wln't2 im Juli. Der clirekte langwellige Strahlungsantrieb
clulch Aerosole, bei clem mineralische Teilchen eine entscheidende Rolle spielen, kann
nicht vernachlässigt werclen.
Im globalen Mittel kählt das Aelosol clie bodennahen Schichten um -0.2 K im Winter,
erwä'rmt sie im Sommer um 0.17 I(. Dies zeigt, claß clie Gesamtheit der Aerosole clen
globalen Treibhauseffei<t je nach Jahreszeit uncl Region verstärken ocler reduzieren kann.
In polaren Breiten fählt Aerosol zu verstärktem Schneefall. Der konvektive Nieclerschlag
wircl irn zonalen Mittel sowohl im Sommer als a,nch im Winter reduziert.
Ein Vergleich cler lilimawirkung, der bis heute im Klimamodell beinhalteten Aerosole,
mit cler cles GADS zeigt, wie unzureichend Aerosolen bisher im Moclell Rechnung getragen
wurcle.
Der Versuch einer Valiclielung des Stahlungshaushalts des ECHAM4 inklusive GADS mit
ERBE-Messungen weist auf qualitative Verbesserungen cles Stahlungshaushalts durch
GADS hin.
Es gibt komplexe Untelsuchungen zurn globalen Stlahlungsantrieb von rnineralischen Teil-
chen uncl wasserlöslichen Teilchen rnit Ruß. Daher werclen cliese l(omponenten des GADS
für Experirlente gewälilt, um einen clirekten Vergleich zu ermöglichen. Die Ergebnisse
cler Moclellsimulationen zeigen gute Übereinstimmung mit cler Literatur uncl bestärken
clas R.esuitat cliesel Arbeit:
Del Glolta,len Aerosolclatensatz liefert in den hier benutzten Moclellen gute Ergebnisse.
Eine Vielzahl von Abschätzungen uncl Untersuchungen zur l(limawirkung cles direkten
Aelosolstrahlungsantriebs sincl auf einfache uncl fl.exible Weise möglich. Es wurcle nachge-
wiesen, daß clie Beräcksichtigung von Aerosolen in clen Modellen notwenclig und zwingencl
ist. Für I(limarechnungen ist die Beräcksichtigung von Aerosolen in Form cles Globalen
Aerosolclatensatzes zeitgemäß und ausleichend.
