Neue Studie zur Beobachtung der vertikalen Feuchtestruktur der Atmosphäre mittels satelliten-gestützter Instrumente

18. November 2021

In einer neuen Studie, publiziert in Atmospheric Measurement Techniques, zeigen die Autoren Marc Prange, Dr. Manfred Brath und Prof. Dr. Stefan Bühler, dass satelliten-gestützte Instrumente in der Lage sind, angehobene Feuchteschichten zu detektieren und aufzulösen. Damit widerlegen sie die Vermutung vorangehender Studien, dass angehobene Feuchteschichten einen fundamentalen blinden Fleck für satelliten-gestützte Messungen darstellen könnten.

Die vertikale Verteilung der Feuchte in der Atmosphäre ist aufgrund des starken Treibhauseffektes von Wasserdampf eine entscheidende Eigenschaft der Atmosphäre. Es ist daher essenziell die vertikale Feuchteverteilung global verlässlich messen zu können; zum einen für die Wettervorhersage, zum anderen, um die Reaktion der Atmosphäre auf ein sich erwärmendes Klima genauer zu verstehen.

Es wird vermutet, dass angehobene Feuchteschichten Überbleibsel von Gewitterzellen sind, welche feuchte Luft aus Bodennähe hoch in die Atmosphäre befördern. Dieser Prozess manifestiert sich in Form von beeindruckenden hochreichenden Amboss-Wolken, die in den Tropen in eine Höhe von bis zu 15 km ragen können. Die Effektivität, mit der feuchte Luft in die Höhe befördert werden kann, hängt stark von der vertikalen Temperaturstruktur der Atmosphäre ab. In Schichten um etwa 5 km Höhe ist diese Effektivität häufig besonders niedrig, was die aufsteigende feuchte Luft zum horizontalen Ausfließen in die trockenere Umgebung der Gewitterzelle zwingt. Dadurch bildet sich in der Höhe eine horizontal ausgedehnte feuchte Schicht um die Gewitterzelle, die gewöhnlich eine längere Verweildauer als die Gewitterzelle selbst hat. Eine solche angehobene Feuchteschicht hat einen starken Einfluss auf das lokale Strahlungsbudget, welches zum Beispiel das lokale Wetter beeinflusst.

In der neuen Studie zeigen Prange et al. (2021), dass angehobene Feuchteschichten mittels satelliten-gestützter Instrumente entgegen vorigen Vermutungen aufgelöst werden können. Zur Einordnung dieser Erkenntnis sollte man sich verdeutlichen, dass satelliten-gestützte Messungen stets indirekte Information über die Atmosphäre enthalten, welche erst mithilfe von physikalischen Strahlungs-Modellen und dem Einsatz hoher Rechenleistung Aufschluss über den Wasserdampfgehalt oder die Temperatur geben können. Die neue Studie zeigt, dass zur Auflösung angehobener Feuchteschichten vor allem eine hinreichend gute Kenntnis über die Temperaturstruktur notwendig ist. In einer Fallstudie wird gezeigt, wie verschiedene Annahmen über die Temperaturstruktur die Erfassung einer angehobenen Feuchteschicht beeinflussen. Die Studie führt außerdem ein neues Konzept zur Erfassung und Charakterisierung von angehobenen Feuchteschichten ein, welches leicht auf verschiedene Datensätze der atmosphärischen Feuchte angewendet werden kann. Datensätze können auf diese Weise mit Hinblick auf angehobenen Feuchteschichten direkt verglichen werden, was einen Ansatzpunkt für zukünftige Studien darstellt.

Referenz zu neuer Studie:

Prange, M., Brath, M., and Buehler, S. A.: Are elevated moist layers a blind spot for hyperspectral infrared sounders? A model study, Atmos. Meas. Tech., 14, 7025–7044, 10.5194/amt-14-7025-2021, 2021.

Kontakt:

Marc Prange
Universität Hamburg
FB Erdsystemwissenschaften, Meteorologisches Institut
International Max Planck Research School on Earth System Modelling