Einfluss thermischer Strahlung auf die Entwicklung eines Cumulus Feldes

Die Entwicklung von Cumuluswolken unter dem Einfluss thermischer Strahlung wurde von Klinger et al., 2017 (ACP) untersucht. Thermische Strahlung verursacht starke Abkühlung am Wolkenoberrand und den Wolkenseiten sowie leichte Erwärmung an der Wolkenunterseite. Die üblichen 1D Näherungen vernachlässigen die Wolkenseiten-Effekte und liefern daher im Mittel systematisch geringere Abkühlung als 3D-Strahlung. Um die Effekte der systematisch stärkeren 3D Abkühlungsraten von lokalen Einflüssen zu separieren, wurde der Strahlungstransport in verschiedenen Konfigurationen berechnet: Die Erwärmungs- und Abkühlungsraten wurden sowohl direkt angewendet, als auch in Form von horizontalen Mittelwerten der 1D und 3D Strahlung. Zusätzlich wurde eine Simulation mit konstanter vorgegebener Abkühlungsrate durchgeführt.

Unter dem Einfluss lokaler Strahlung ändert sich die Wolkenzirkulation. Es entstehen stärkere Aufwinde in der Wolke und stärkere Abwinde in dem Bereich um die Wolke (sogenannte „subsiding shells“). Ausserdem förderte thermische Strahlung die Organisation des Wolkenfeldes. Zunächst führt thermische Strahlung zur Entstehung von Wolkenzellen, später entstehen größere Wolkencluster. 3D Strahlung war im Allgemeinen wirksamer als 1D Strahlung. Die Anwendung von horizontal gemittelter Strahlung produziert höher reichende und eine größere Anzahl von Wolken als die Simulation ohne Strahlung. Das Wolkenfeld ist jedoch weniger organisiert als im Fall der lokalen Strahlung. Die Anwendung von konstanter Abkühlung erzielt einen ähnlichen Effekt wie die horizontal gemittelte Strahlung.
Die Abbildung zeigt eine Visualisierung des Wolkenfeldes nach 20h Simulationszeit. Die obere Abbildung zeigt die Simulation mit konstanter Abkühlung (no radiation), die mittlere die Simulation mit horizontal gemittelter 3D Strahlung (average radiation) und zuletzt die Simulation mit lokaler 3D Strahlung (3D radiation).