Abstract (deu)
In dieser Arbeit untersuche ich die Wechselwirkungen zwischen Strahlung und hohen Wolken, die ich als Wolken mit einer Wolkenobergrenze bei einer Temperatur unter -35°C definiere, anhand von Klimasimulationen mit dem Modell ICON-ESM. Die Arbeit enthält zwei Teile: Erstens analysiere ich zwei verschiedene Arten, hohe Wolken zu diagnostizieren, und zwei verschiedene Methoden, die Wolken-Strahlungseffekte und Wolken-Strahlungsheizraten zu berechnen. Zweitens untersuche ich den Strahlungseinfluss hoher Wolken auf die atmosphärische Zirkulation und den Niederschlag. Eine Möglichkeit, hohe Wolken aus den Simulationsdaten zu bestimmen, besteht darin, alle Wolken als hohe Wolken zu definieren, deren Temperatur unter einem bestimmten Schwellenwert liegt. Diese Art, hohe Wolken zu diagnostizieren, bezeichne ich als die „Cirrus-Diagnostik“. In dieser Arbeit analysiere ich die Wolken-Strahlungseffekte und die Wolken-Strahlungsheizraten von hohen Wolken unter Verwendung der „Cirrus-Diagnostik“, was bisher noch nicht sehr detailliert gemacht wurde. Ich verwende dabei eine Schwellenwert-Temperatur von -35°C. Interessanterweise führt die Verwendung der „Cirrus-Diagnostik“ zu einer starken künstlichen Strahlungserwärmung der Wolken an der Schwellenwert-Temperatur. Diese starke Strahlungserwärmung resultiert daraus, dass bei diesem Ansatz einzelne Wolken, deren Obergrenze bei einer Temperatur kälter als der Schwellenwert liegt und deren Basis bei einer Temperatur wärmer als der Schwellenwert liegt, in eine hohe Wolke und eine nicht-hohe Wolke auftrennt, wodurch eine künstliche Cirrus-Wolkenbasis bei der Schwellenwert-Temperatur ensteht. Um die künstliche Erwärmung zu vermeiden, untersuche ich auch eine zweite Diagnose-Methode, die „Cirrus + warme Basis- Diagnostik“, die bisher noch nie untersucht wurde. Diese Diagnostik berücksichtigt immer die gesamte hohe Wolke, sofern zumindest die Wolkenobergrenze bei einer Temperatur unter -35°C liegt. Aus diesem Grund tritt keine künstliche Erwärmung an der Schwellenwert-Temperatur auf. Darüber hinaus untersuche ich jeweils zwei verschiedene Methoden, die Wolken-Strahlungseffekte und die Wolken-Strahlungsheizraten zu berechnen. In der ersten Methode ermittle ich die Wolken-Strahlungseffekte/-heizraten in Bezug auf eine Atmosphäre mit strahlungsaktiven Wolken und in der zweiten Methode in Bezug auf eine wolkenlose Atmosphäre. Im Allgemeinen unterscheiden sich die Methoden deutlich und die Wolken-Strahlungseffekte/-heizraten sind nur gleich in einer atmosphärischen Säule, in der keine Wolken oder nur hohe Wolken vorhanden sind. Die Verwendung der zweiten Methode führt zu absolut größeren kurzwelligen und langwelligen Effekten als die erste Methode, da die nicht-hohen-Wolken teilweise die Effekte der hohen Wolken maskieren. Frühere Arbeiten haben vermutet, dass die Strahlungsheizung hoher Wolken, eine wichtige Rolle für die Ausprägung des Klimas spielt, aber dies wurde bisher noch nicht explizit untersucht. Um den Einfluss der Strahlungsheizung hoher Wolken auf die gegenwärtige atmosphärische Zirkulation und den Niederschlag zu ermitteln, vergleiche ich Simulationen mit und ohne strahlungsaktive hohe Wolken. Meine Ergebnisse zeigen, dass die Strahlungsinteraktionen der hohen Wolken die obere Troposphäre in den Tropen erwärmen. Dies erhöht die spezifische Feuchte in den Tropen und verstärkt den polaren Jetstream. Es gibt keinen statistisch signifikanten Wolken-Strahlungseinfluss der hohen Wolken auf die Stärke der Hadley-Zelle und die Position der intertropischen Konvergenzzone in meinen Simulationen. Ich zeige jedoch, dass die Strahlungswechselwirkungen der hohe Wolken den größten Beitrag aller Wolken zur Reduktion des mittleren tropischen Niederschlags liefern. Meine Ergebnisse unterstreichen und bestätigen insgesamt die Wichtigkeit der Strahlungswechselwirkungen hoher Wolken für das Klima. Obwohl die Strahlungsheizung der Atmosphäre bei Verwendung der „Cirrus-Diagnostik“ und der „Cirrus + warme Basis- Diagnostik“ in der Höhe der Schwellenwert-Temperatur beträchtliche Unterschiede aufweist, unterscheiden sich die Auswirkungen auf die Zirkulation und den Niederschlag zwischen den beiden Diagnose-Methoden meist nur in der Größenordnung.