Anna Lange

• Optische Phänomene der Erdatmosphäre faszinieren seit Jahrhunderten Beobachter und Wis- senschaftler gleichermaßen. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit der theoretischen Untersuchung des Phänomens des grünen Bandes sowie des blauen Himmels. Das Phänomen des grünen Bandes, welches während des Sonnenuntergangs und der anschlie- ßenden Dämmerung zwischen dem orange-roten Horizont und dem darüber liegenden blauen Himmel beobachtet werden kann, ist in der Literatur kaum beschrieben und untersucht. Ziel der folgenden Untersuchung ist die Herausstellung potentieller Parameter und Prozesse, die einen möglichen Einfluss auf das grüne Band haben. Dazu wurde das Strahlungstransfermodell SCIA- TRAN und für die anschließende Farbmodellierung das CIE XYZ Farbsystem verwendet. Die Simulationen konnten zeigen, dass es genau die richtigen Intensitäten im blauen, grünen und langwelligen Teil des sichtbaren Spektralbereichs benötigt, damit die grüne Farbe erscheint. Darüber hinaus besitzt die Ozonabsorption in den Chappuis-Banden den größten Einfluss aller analysierten Parameter und Prozesse. Eine häufig genannte Erklärung für die blaue Farbe des Himmels ist die Rayleigh-Streuung, was jedoch nicht ganz korrekt ist. Im Jahr 1953 konnte Edward Hulburt zeigen, dass die blaue Farbe des Zenits bei Sonnenuntergang zu 1/3 auf die Rayleigh-Streuung und zu 2/3 auf die Ozonabsorption in den Chappuisbanden zurückzuführen ist. Ziel der nachfolgenden Untersu- chung ist die quantitative Bestimmung des Ozonbeitrags zur blauen Farbe des Himmels für ver- schiedene Beobachtungsgeometrien mithilfe einer neuen quantitativen Methode unter Verwen- dung des Strahlungstransfermodells SCIATRAN und des CIE XYZ Farbsystems. Die Berech- nungen für eine am Horizont stehende Sonne bestätigen Hulburts Abschätzungen mit sehr guter Übereinstimmung. Außerdem konnten die Simulationen veranschaulichen, dass der Ozonbei- trag zur blauen Farbe des Himmels mit zunehmendem Sonnenzenitwinkel, Beobachtungszenit- winkel und zunehmender Gesamtozonsäule steigt. Mehr stratosphärische Aerosole reduzieren den Ozonbeitrag im und in der Nähe des Zenits. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Ozon auch außerhalb der Zenitgeometrie und einer am Horizont stehenden Sonne einen Beitrag zur blauen Farbe des Himmels besitzt. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung der Fä- higkeit von Satellitenokkultationsinstrumenten zur Überwachung möglicher Geoengineering- Experimente. Eine Idee im Bereich des Solar Radiation Management ist die Injektion zum Beispiel von Schwefeldioxid in die Stratosphäre, wo sich dann Sulfataerosole bilden, die einen Teil der einfallenden kurzwelligen Strahlung in den Weltraum zurückstreuen. Konkret beschäftigt sich der zweite Teil der Arbeit mit der Frage, ob es möglich ist, mit den derzeit aktiven Satelli- tenokkultationsinstrumenten, stratosphärische Sulfataerosole, gebildet aus kontinuierlich in die Stratosphäre injizierten kleinen Schwefelmengen von 1 und 2 Tg S/y (Schwefel pro Jahr), als Geoengineering-Signal nachzuweisen. Beide Teile der Arbeit verbindet die Verwendung eines Strahlungstransfermodells, hier SCIATRAN. Dazu wurde ergänzend der nicht frei verfügbare Retrievalalgorithmus in SCIATRAN verwendet. Zudem wurden Modellsimulationen des atmo- sphärischen Zirkulationsmodells MAECHAM5-HAM herangezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass unter Berücksichtigung der natürlichen Variabilität und einer Gesamtfehlerabschätzung, die aus kontinuierlichen Emissionen von 1 und 2 Tg S/y gebildeten stratosphärischen Sulfatae- rosole im Januar und Juli der quasi-stationären Phase (hier: Die Aerosolextinktionskoeffizienten ändern sich lediglich mit der Strömung bzw. Jahreszeit, befinden sich also etwa im Gleichge- wicht) detektiert werden können, was für den ersten Monat der zweijährigen Anfangsphase und 1 Tg S/y nicht geschlussfolgert werden kann.