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Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden zwei k-Verteilungsmodelle zur Approximation
infraroten Strahlungsübertragung für klare Atmosphären bis 50 km Höhe disku-
tiert. Zur Entwieklung und Beurteilung der Güte der Approximation sind Linie-
-für-Linie Modelle herangezogen worden, deren Genauigkeit selbst erörtert wird.
Im einzelnen ergibt sich für die drei Modellarten:
Linie-für-Linie: Die Fehler der spektralen Absorptionskoefiizienten betragen auf-
grund zeitsparender Näherungen im ungünstigsten Fall 1 % im Abstand einiger
Halbwertsbreiten von den Zentren starker Linien. Fehler aufgrund der spektralen
Auflösung treten für große Spektralintervalle praktisch nicht auf. Die nicht ex-
akt bekannten Linienfiügel lassen Fehler in der Größenordnung von ±3 % für die
abwärtsgerichtete Strahlungsflußdichte (FU und ±5 % für die Abkühlungsraten
in der Troposphäre des Sommers in mittleren Breiten erwarten. Die Annahme
fehlerbehafteter Linienstärken und Halbwertsbreiten von ±10 % ergibt Ungenau-
igkeiten der aufwärtsgerichteten Strahlungsflußdichte (F') von ca. ± 1,5 % in der
Stratosphäre und für Fı von ca. ± l % am Boden. Die Abkiihlungsraten sind in
der Stratosphäre auf ±10 % und am Boden auf ±4 % genau bestimmbar.
k-Verteilungen herkömmlicher Art rnit spezieller Berücksichtigung der Tempe-
raturabhängigkeit der Linienstärken und der multivariaten Häufigkeitsverteilung:
Die Güte der Näherung ist stark abhängig vom verwendeten Referenzdruek, für
den die k-Verteilung erstellt wird. Für den Druck 500 hPa ergeben sich Abwei-
chungen von Linie-für-Linie Rechnungen für F1 in einer tropischen Atmosphäre
bis -5 W/m2 in der Stratosphäre und 1,6 Wlm2 am Boden und für FT von ca.
5 W/m2 in der Stratosphäre. Mit diesem Modell sind Abkühlungsraten nur in der
Troposphäre gut approximierbar; die Abweichungen betragen ca. - 0,02 K/d am
Boden und ca. 0,2 K/d an der Tropopause.
k-Verteilungen mit berücksichtigter Druckabhängigkeit der Absorptionskoeffi-
zienten in den Linienzentren: Die Absomtionskoefizienten sind aufgeteilt in die
Beiträge aus den Flügel- und aus den Zentralbereichen der Spektrallinien. k-
Verteilungen aus diesen Koefizienten und die angenäherte Berücksichtigung der
bei unterschiedlichen Höhen jeweils dominierenden Linien verbessert die Approxi-
mation der Strahlungsübertragung deutlich. Die Abweichungen des F1 von Linie~
für-Linie Ergebnissen sind für die Tropen am Boden kleiner als 0,2 W/m2, Für
Fr ergeben sich in der gesamten Atmosphäre Abweichungen zwischen -0,6 und
0,3 W/m2. Die Abweichungen der Abkühlungsraten sind in der Troposphäre klei-
ner als ±0,03 K/d und in Höhen bis 45 Km kleiner als ±0,9 K/d.