Directly to content
  1. Publishing |
  2. Search |
  3. Browse |
  4. Recent items rss |
  5. Open Access |
  6. Jur. Issues |
  7. DeutschClear Cookie - decide language by browser settings

Photon Path Lengths Distributions for Cloudy Skies : Their first and second-order moments inferred from high resolution oxygen A-Band spectroscopy

Scholl, Thomas

German Title: Photonenweglängenverteilungen für bewölkten Himmel : Ihre ersten und zweiten Momente ermittelt mittels hochauflösender Sauerstoff A-Bande Spektroskopie

[img]
Preview
PDF, English
Download (5Mb) | Terms of use

Citation of documents: Please do not cite the URL that is displayed in your browser location input, instead use the persistent URL or the URN below, as we can guarantee their long-time accessibility.

Abstract

Modelling radiative transfer in cloudy skies is one of the most challenging tasks in climate modelling. The goal of this thesis is to achieve an improved understanding of photon transport inclouds. For this purpose, photon path length distributions are retrieved from spectroscopic oxygen A-band measurements (760-780 nm). An existing measurement method is improved and optimized. In comparison to former studies, it is now possible to measure single skylight spectra within a few seconds of one another using modern CCD detectors and optimized instruments. This enables a reduction of the spatial resolution to scales smaller than the radiative smoothing scale. Two different studies are performed for the validation of the method. It is shown, that a distribution function must be assumed for the correct description of the measured spectra. Furthermore, an absorption spectrum is calculated using a Monte Carlo radiative transport model. This spectrum is used to retrieve a path length distribution, which is subsequently compared to the model result. The spectroscopic measurements for the photon path length distribution retrieval were performed simultaneously with other in-situ measurements during two dedicated European cloud research campaigns (BBC1 and BBC2) held at the KNMI experimental site in Cabauw/Netherlands in September 2001 and May 2003. The measurement of other cloud parameters like optical thickness, liquid water content and geometrical cloud extension makes it possible to experimentally prove a new theory of photon diffusion of cloudy sky for the first time. The presented observations provide (further) evidence for the anomalous diffusion transport of solar photons being transmitted by complicated cloud covers. It is also shown, that Levy walks are well suited for the description of photon transport in clouds.

Translation of abstract (German)

Der Strahlungstransport in der Atmosphäre bei Bewölkung stellt eine der bedeutendsten Herausforderungen der Klimamodellierung dar. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zum verbesserten Verständnis des Photonentransports in Wolken liefern. Hierzu wurde aus spektroskopischen Sauerstoff-A-Banden Messungen (760-780 nm) die Weglängenverteilung von zenit-gestreuten Photonen bestimmt. Für diese Messungen wurde eine bestehende Methode verbessert und optimiert. Im Vergleich zu früheren Arbeiten ist es nun möglich einzelne Spektren innerhalb weniger Sekunden mittels moderner CCD-Detektoren und eines optimierten Instrumentariums zu messen. Hierdurch wird über räumliche Skalen integriert, welche kleiner als die Skalen der Strahlungsglättung sind. Die Validierung der Methode wurde in zwei unabhängigen Studien durchgeführt. Zum einen wurde unter Verwendung verschiedener Verteilungsfunktionen gezeigt, dass zur Beschreibung der gemessenen Spektren die Annahme einer Weglängenverteilung notwendig ist. Zum anderen wurde mittels eines Monte Carlo Strahlungstransportmodells ein synthetisches Transmissionspektrum berechnet, hieraus eine Weglängenverteilung ermittelt und mit den Modellergebnissen verglichen. Die spektroskopischen Messungen für die Photonen Weglängenbestimmungen wurden zusammen mit anderen In-Situ Messungen während zweier europäischer Wolkenforschungskampagnen (BBC1 und BBC2) durchgeführt, die auf dem Forschungsgelände des KNMI in Cabauw/Niederlande im September 2001 und Mai 2003 stattfanden. Durch die Kombination mit anderen gemessenen Wolkenparametern wie optische Dicke, Flüssigwassergehalt und geometrischer Wolkendicke ist es gelungen, die Theorie der Photonendiffusion experimentell zu bestätigen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Beobachtungen liefern einen (weiteren) Hinweis auf den anormalen Diffusionstransport solarer Photonen in Transmission bei komplizierten Bewölkungssituationen und die Notwendigkeit der Beschreibung des Photonentransports in Wolken durch Levy Verteilung.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Pfeilsticker, Prof.Dr. Klaus
Date of thesis defense: 14 February 2006
Date Deposited: 27 Feb 2006 10:53
Date: 2006
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Wolken , DOAS , Spektroskopie , Sauerstoff , A-Bandeclouds , DOAS , spectroscopy , oxygen , A-band
About | FAQ | Contact | Imprint |
OA-LogoLogo der Open-Archives-Initiative