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Titelaufnahme

Titel
Investigation of surface UV radiation and UV radiative transfer through the atmosphere / submitted by Jochen Wagner
VerfasserWagner, Jochen
Begutachter / BegutachterinBlumthaler, Mario ; Schauberger, Günther
Betreuer / BetreuerinWeihs, Philipp
Erschienen2011
Umfang81 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2011
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)UV Strahlung / Monte Carlo Modell / Strahlungstransfer / aktinischer Fluss / OMI / Photolyserate / 3-D-Strahlungstransfermodell
Schlagwörter (EN)UV radiation / Monte Carlo Model / radiative transfer / actinic flux / OMI / photolysis frequency / 3-D-radiative transfer model
Schlagwörter (GND)Ultraviolett / Strahlungstransport / Monte-Carlo-Simulation
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-16604 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
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Investigation of surface UV radiation and UV radiative transfer through the atmosphere [38.75 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Verschiedene Aspekte der UV-Strahlung werden untersucht. Die Untersuchungen beinhalten Messungen der UV-Strahlung und des UV-aktinischen Flusses an der Erdoberfläche und verschiedene Methoden zur Berechnung dieser Größen. Messungen der erythemwirksamen Breitband UV-Bestrahlungsstärke wurden mit UV Biometern durchgeführt. Aufwändige Messungen der spektralen Bestrahlungsstärke und des spektralen aktinischen Flusses zwischen 290 und 500 nm mit Bentham Spektralradiometern wurden in drei Messkampagnen durchgeführt. Die gemessenen Daten wurden verwendet, um die derzeit verwendeten Berechnungsmethoden zu bewerten und zu verbessern sowie neue Berechnungsmethoden (3-D-Strahlungstransportmodell GRIMALDI) zu validieren. Weiters wurden Tagesdosen der erythemen Bestrahlungsstärke für die Vergangenheit rekonstruiert. Es wurde festgestellt, dass 1-D Strahlungstransport Modelle wie DISORT sehr genau die bodengestützten Messungen reproduzieren können. Selbst im bergigen Gelände liegt die Ungenauigkeit dieser Modelle in der Nähe der Messunsicherheit. Allerdings sind einige typische Auswirkungen von Strahlung im bergigen Gelände (Beschattung, mehrfache Reflexion an den Berghängen) nicht von diesen Modellen abgedeckt. Berechnungen mit dem grundlegend veränderten 3-D-Modell GRIMALDI zeigen diese typischen 3-D-Effekte.Zusätzlich zu Berechnungen mit 1-D und 3-D Strahlungstransport-Modellen wird UV-Strahlung mithilfe von Satellitenmessungen abgeschätzt und mit Bodenmesseungen verglichen. UV-Strahlung, die aus Messungen des Ozon Monitoring Instruments (OMI) an Bord der NASA Raumsonde EOS Aura abgeleitet wird, wird mit bodengebundenen Messungen verglichen. Eine entscheidende Frage ist, wie repräsentativ ein Satelliten Pixel ist. Deshalb wurde die Variabilität der UV-Bestrahlungsstärke am Boden im Bereich eines Satelliten Pixel untersucht. Es wurde festgestellt, dass in relativ flachem Gelände und bei klarem Himmel die Abweichungen der erythemen UV-Strahlung innerhalb eines Satelliten Pixels innerhalb der Messunsicherheit liegen. So kann im Prinzip vom Satelliten aus die UV-Strahlung am Boden in solchen Situationen abgeschätzt werden. Die Hauptquelle der Unsicherheit ist die grobe Auflösung von OMI, die es nicht ermöglicht sinnvolle Ergebnisse in sehr inhomogenem Gelände in den österreichischen Alpen zu erzielen.

Zusammenfassung (Englisch)

Different aspects of UV radiation were investigated. The analyses incorporate measurements of surface UV irradiance and UV actinic flux and various calculation methods for these quantities. Measurements of erythemally weighted broadband UV irradiance were performed with UV Biometers. More elaborate measurements of spectral irradiance and spectral actinic flux between 290 and 500 nm were performed with Bentham spectroradiometers in three measurement compaigns. The measured data were used to evaluate existing state of the art calculation methods, improve new calculation methods (3-D-radiative transfer model GRIMALDI) and to reconstruct erythemal UV-doses for the past with no available measurement data. It was found, that 1-D radiative transfer models like DISORT are very accurate and able to reproduce the ground-based measurements even in mountainous terrain with an uncertainty close to the measurement uncertainty. However, some typical effects of radiation in montainous terrain (shading effects, multiple reflection on mountain slopes) are not covered by these models. Calculations with the basically modified 3-D-radiative transfer model GRIMALDI reproduced such 3-D effects. In addition to 1-D and 3-D radiative transfer models, UV irradiance retrieved from space are compared with measurements. Surface UV irradiance retrieved from measurements of the ozone monitoring instrument (OMI) onboard the NASA EOS Aura Spacecraft is difficult to compare with ground-based measurements. A crucial issue is how representative a satellite pixel is. Therefore the variability of ground UV irradiance was estimated within the area of one satellite pixel. It was found that in relatively flat terrain and under clear-sky conditions, the deviations of erythemal UV irradiance inside one satellite pixel are within the measurements uncertainty. Thus, satellites can in principle determine ground UV irradiance in such situations, but so far OMI retrieved values are significantly lower than the measurements due to problems with cloud correction. Apart from this issue (not cloud corrected values are also available), the accuracy is only slightly worse in comparison with 1-D and 3-D simulations. The main source of uncertainty is related to the coarse resolution of OMI, it is not possible to resolve very inhomogeneous terrain in the Austrian Alps.