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Integrated Climate Data Center
CENIntegrated Climate Data Center ICDC

Foto: getty images/L. Calvetti

Atmosphäre

Atmosphere
Wolkiger Himmel. Copyright: UHH/CEN/AJB

Parameter der Atmosphäre:

Lufttemperatur

Die Lufttemperatur wird routinemäßig von meteorologischen Messstationen in 2 Meter Höhe über dem Boden gemessen (2m-Temperatur). Das Temperaturprofil, also die Änderung der Temperatur mit der Höhe, gibt Informationen über die atmosphärische Schichtung und wird zum Beispiel bei Radiosondenaufstiegen gemessen. Eine globale Temperaturverteilung kann aus Ergebnissen der Satellitenfernerkundung bestimmt werden.

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Luftdruck

Der Luftdruck wird routinemäßig in Bodennähe mit stationären Messgeräten gemessen. Dieser gemessene Druck wird üblicher Weise mit der barometrischen Höhenformel in einen Druck auf Meeresniveau umgerechnet der sich für Isobarenkarten eignet. Bei Radiosondenaufstiegen wird ein Druckprofil, der Luftdruck in verschiedenen Höhen, gemessen.

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Wind

Der atmosphärische Wind wird gemessen mit verschiedenen Instrumenten zum Beispiel an stationären Messstationen oder Satelliten-Fernerkundung. Standardmäßig interessieren die Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Die Windrichtung wird mit den kartesichen Koordinaten u (Zonal-Komponente) und v (Meridional-Komponente) angegeben, der Betrag des resultierenden Windvektors ist die Windstärke.

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Niederschlag

Niederschlag ist der Oberbegriff für Regen, Schnee, Hagel, Graupel, Tau und Reif.

  • GPCP - global aus verschiedenen Satellitenmessungen und Stationsdaten
  • HOAPS - global über dem Ozean aus Satellitenmessungen (1987-2014)
  • WindSat - global über dem Ozean aus Satellitenmessungen (2003-2020)
  • GPCC - global über Land aus Stationsmessungen (1982-2024)
  • OceanRAIN - Insitu-Along-Track-Schiffsdaten von Niederschlag, Verdunstung und dem daraus resultierenden Frischwasserfluss in 1-min-Auflösung über den globalen Ozeanen
  • DWD Station data - lange Niederschlags-Zeitreihen von Stationen in Deutschland mit Unterscheidung der Niederschlagsart.
  • Globale Regionalisierung von NCEP Daten
  • TAMSAT - ein hoch-aufgelöster pan-Afrikanischer Niederschlagsmengendatensatz (1983-2024)
  • ECAD - interpolierte Tages-Niederschlagsmenge von Europa (v28e, 1950-2023)
  • PERSIANN-CDR (1983-2023)
  • IMERG Niederschlagsmenge GPM_3IMERGHH.V07 (2000-2023)
  • MSWEP Niederschlagsmenge (1979-2020)

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Luftfeuchtigkeit

Es gibt verschiedene Maße für die Feuchte der Luft: Absolute, relative und spezifische Feuchte, Wasserdampfdruck oder Taupunkttemperatur.

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Wolken, Strahlung und Aerosol

Wolken bestehen aus kondensiertem Wasserdampf und/oder Eispartikeln. Je nach vertikaler Mächtigkeit und Entstehungsart verdecken Wolken partiell bis komplett die Sonne und verursachen mehr oder weniger Niederschlag in verschiedensten Ausprägungen. Wolken sind von eminenter Bedeutung für den kurz- und lang-welligen Strahlungshaushalt der Erdoberfläche und für die Gesamtstrahlungsbilanz der Erde. Verschiedene Wolkenstockwerke beinhalten verschiedene Konzentrationen und typische Größenverteilungen von Wolkentröpfchen und/oder Eispartikeln.

Abbildende Sensoren, wie z. B. das Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), das Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), oder der "klassische" geostationäre Wettersatellit Meteosat, eignen sich gut, um die Wolkenbedeckung abzuleiten - vorausgesetzt, dass der Kontrast zwischen Wolken und Erdoberfläche hinreichend groß ist. Das gilt sowohl im optischen Spektralbereich (nur geeignet unter Tageslichtbedingungen) als auch im infraroten Spektralbereich: Eine Wolke mit einer Albedo oder Oberflächentemperatur ähnlich der der Erdoberfläche kann nicht erkannt werden.

Profilgebende Sensoren tasten die Wolken in ihrer vertikalen Struktur ab und reagieren z. B. auf Änderungen der Wolkenzusammensetzung (flüssig --> fest), der Tröpfchengrößenverteilung und der vertikalen Wolkenwassergehaltverteilung. Derartige Sensoren arbeiten im infraroten Spektralbereich wie der Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) und das Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI). Aktive profilgebende Sensoren wie das CALIPSO Lidar und das CloudSat radar haben in den letzten Jahren große Fortschritte im Monitoring der Wolkenvertikalstruktur erlaubt.

Mehr Information über derzeit verwendete Sensoren zur Wolkenfernerkundung und deren Möglichkeiten und Limitierungen sind im einem Dokument des "Assessment of Global Cloud Datasets from Satellites: Project and Database Initiated by the GEWEX Radiation Panel" zusammengestellt.

Aerosole bestimmen und beeinflussen maßgeblich Wolken- und Niederschlagsprozesse sowie das Strahlungsbudget von Wolken, der Atmosphäre und der Erdoberfläche. Für die Satellitenfernerkundung bestimmter Oberflächenparameter werden oft Aerosoltyp und -konzentration für die Atmosphärenkorrektur benötigt. Überwachung und Quantifizierung des Menschengemachten Aerosoleintrags in die Atmosphäre, z. B. durch Luftverschmutzung und Brandrodung, wird mit der Satellitenfernerkundung von Aerosolen möglich.

Für die Evaluierung von Computermodellen ist es oft besser, wenn man keine Wolkendaten verwendet sondern Daten über deren Effekt: die Änderung von Strahlungskompenenten an der Oberfläche und am Oberrand der Atmosphäre (TOA). Hierfür sind z. B. Daten des "Clouds and Earth's Radiant Energy System"  (CERES) und andere Daten, die im Zusammenhang mit GEWEX entwickelt wurden, gut geeignet:

Eine weitere Datenquelle für Strahlungsmessungen ist das World Data Centre for Remote Sensing of the Atmosphere. Dort kann man neben Wolkenparametern insbesondere zeitlich hochaufgelöste Informationen und Daten über die Sonneneneinstrahlung (auch im UV-Bereich) aus Satellitendaten (z. B. MSG/SEVIRI) erhalten - z. B. über SOLEMI.

Um die Sonnenstrahlung zu erfassen, wird sowohl die Sonnenscheindauer in Stunden (h), auch Sonnenstunden genannt, als auch die Intensität der Einstrahlung in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen.

Im Zusammenhang mit Langzeitmessungen der Sonnenscheindauer ist folgender Artikel von Relevanz:

  • Matuszko, D., A comparison of sunshine duration records from the Campbell-Stokes sunshine recorder and CSD3 sunshine duration sensor, Theor. Appl. Climatol., 119: 404-406, 2015. https://doi.org/10.1007/s00704-014-1125-z  

Mehr Datensätze zu Strahlungsmessungen am Boden (auch die Sonnenscheindauer) gibt es beim World Radiation Data Centre (WRDC). Dort gibt es eine Liste mit Bodenmeßstationen an denen u. A. Strahlungsparameter gemessen werden und man kann sich entsprechende Daten herunterladen.

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Wärmeflüsse

Neben den Strahlungsflüssen (kurz- und langwellig) spielen die Wärmeflüsse eine eminent wichtige Rolle im Klimasystem der Erde. Die beiden wichtigsten Wärmeflüsse im Zusammenspiel von Atmosphäre und Erdoberfläche - sei es Land oder Ozean - sind der Fühlbare Wärmefluß und der Latente Wärmefluß. Der erste basiert maßgeblich auf dem Temperaturgradient zwischen der oberflächennahen Temperatur in der Atmosphäre und der Erdoberflächentemperatur. Der zweite basiert maßgeblich auf dem Feuchtegradient zwischen oberflächennaher Atmosphäre und Erdoberfläche.

Daten solcher atmosphärischer Wärmeflüsse gibt es z. B.:

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