Meteorologie
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7 Jahre HaloCam – Langzeit-Beobachtungen von Haloerscheinungen zur Fernerkundung von Eiskristalleigenschaften in Zirren

30.04.2021 um 17:00 Uhr

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Seit September 2013 ist HaloCam auf der Dachplattform des Meteorologischen Instituts der LMU im Einsatz. Designt für die automatische Beobachtung von Haloerscheinungen wird das kalibrierte Kamerasystem automatisch der Sonne nachgeführt und nimmt alle 10 Sekunden ein Bild auf. Mit dieser einzigartigen Beobachtungszeitreihe kann über ein Fernerkundungsverfahren wertvolle Information über typische mikrophysikalische Eigenschaften von Zirren abgeleitet werden. Diese Eigenschaften bestimmen maßgeblich den Einfluss von Zirren auf das Strahlungsbudget von Atmosphäre und Erdboden und folglich auch auf das Klima.

Haloerscheinungen sind optische Phänomene, die durch Brechung und Reflexion von Sonnenlicht an Eiskristallen entstehen. Abhängig von Form und Orientierung der Kristalle können so über 50 verschiedene Lichtreflexe auftreten (https://www.meteoros.de/themen/halos). Eine der häufigsten Haloerscheinungen ist der 22° Halo, der kreisförmig um die Sonne herum (mit einem Winkelabstand von 22° zur Sonne) durch Lichtbrechung an zufällig orientierten hexagonalen Kristallen entsteht. Weitere Beispiele sind die 22° Parhelia (Nebensonnen), die durch Lichtbrechung an horizontal orientierten hexagonalen Eiskristall-Plättchen erzeugt werden. Orientierte Eiskristall-Säulen lassen oberen und unteren Berührungsbogen sichtbar werden.

Art und Intensität dieser Haloerscheinungen können auf bestimmte Eiskristalleigenschaften zurückgeführt werden, insbesondere Kristallgröße, Orientierung und Oberflächenrauigkeit. Diese bestimmen wie viel Sonnenstrahlung transmittiert oder reflektiert wird. Das Fernerkundungsverfahren wird durch Machine Learning Methoden (Random Forest Classifier) unterstützt und basiert auf dem Vergleich von beobachteten und synthetischen Bildern, die mit dem Softwarepaket für Strahlungstransportsimulationen libRadtran (http://www.libradtran.org) berechnet wurden. Da Zirren etwa 30% des Globus bedecken, ist eine bessere Charakterisierung ihrer optischen und mikrophysikalischen Eigenschaften essentiell um ihre Rolle im sich ändernden Klima zu verstehen.

  • Forster, L., Seefeldner, M., Baumgartner, A., Kölling, T., and Mayer, B.: Ice crystal characterization in cirrus clouds II: radiometric characterization of HaloCam for the quantitative analysis of halo displays, Atmos. Meas. Tech., 13, 3977–3991, https://doi.org/10.5194/amt-13-3977-2020, 2020.
  • Forster, L., Seefeldner, M., Wiegner, M., and Mayer, B.: Ice crystal characterization in cirrus clouds: a sun-tracking camera system and automated detection algorithm for halo displays, Atmos. Meas. Tech., 10, 2499–2516, https://doi.org/10.5194/amt-10-2499-2017, 2017.