Entwicklung von Parametrisierungen fuer den Einfluss stratiformer und konvektiver Grenzschichtbewoelkung auf den hydrologischen Zyklus am Beispiel des BALTEX-Gebietes (Zeitraum 1994 - 1997) Abschlussbericht

For the purpose of climate prediction the representation of stratiform clouds in the planetary boundary layer still involves many uncertainties. These uncertainties primarily influence the radiation budget, the interaction of cloud physics with radiation and dynamics as well as the modeling of turbulence in the boundary layer. The aim of this project was to develop a parameterization for the description of microphysical processes in the cloudy boundary layer which is based on a onedimensional column model of the atmosphere. As a first result a cloud model with explicit microphysics was developed. With this model one is able to simulate the evolution of stratus and stratocumulus clouds in great detail. A second development resulted in a parameterization of warm aerosol and cloud microphysics in boundary layer clouds. Sensitivity studies revealed that with a vertical resolution of up to 100 meters one still can resolve all relevant cloud processes in a satisfying manner. Both cloud models compare very well with observational data. Due to its small computation time the model with parameterized microphysics is ideally suited for inclusion in climate models. An extension of these models to include ice physics can be easily achieved so that a simulation of ice clouds can be achieved, too. As a further result of this research an efficient radiative transfer scheme has been developed which, for climate modeling purposes, offers highly accurate radiative fluxes and heating rates. (orig.)Fuer die Klimavorhersage ist die Parametrisierung stratiformer Wolken in der planetarischen Grenzschicht noch mit vielen Unsicherheiten verbunden. Diese Unsicherheiten betreffen den Strahlungshaushalt, die Interaktion der Wolkenphysik mit Strahlung und Dynamik sowie die Modellierung der Turbulenz in der Grenzschicht. Ziel dieses Vorhabens war die Entwicklung einer Parametrisierung zur Beschreibung wolkenphysikalischer Vorgaenge in der Grenzschicht auf der Basis eines eindimensionalen Saeulenmodells der Atmosphaere. Als Ergebnis dieser Arbeit resultierte zum einen ein Wolkenmodell mit expliziter Mikrophysik, mit dem die Evolution von Stratus und Stratocumulus sehr detailliert simuliert werden kann. Als zweite Modellentwicklung wurde eine Parametrisierung der warmen Aerosol- und Wolkenphysik in der Grenzschicht abgeleitet. Sensitivitaetsstudien haben ergeben, dass man mit bis zu etwa 100 Metern Vertikalaufloesung noch eine realistische Wiedergabe aller bei der Wolkenbildung beteiligten Prozesse erreichen kann. Die Modelle zeigten eine gute Uebereinstimmung mit unterschiedlichen Beobachtungsdaten. Aufgrund seiner geringen Rechenzeit eignet sich das parametrisierte Wolkenmodell hervorragend fuer den Einsatz in mesoskaligen Klimamodellen. Eine Erweiterung auf die Eisphase ist ohne weiteres moeglich, so dass mit dem Modell auch Eiswolken simuliert werden koennen. Als weiteres Ergebnis des Vorhabens resultierte ein effizientes Strahlungstransportverfahren, welches in Klimamodellen zur Berechnung von Strahlungsfluessen und Erwaermungsraten eine hohe Genauigkeit bietet. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F98B1625+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman