Ein erster Vergleich der optischen Eigenschaften von Partikeln aus Laborfeuern und Modellrechnungen

Durch die Verbrennung von Biomasse werden Partikel freigesetzt, die u.a. schwarzen Kohlenstoff enthalten. Dieser ist wesentlich für die Absorption der solaren Strahlung in der Atmosphäre verantwortlich. Um den Effekt der emmitierten Partikel auf den Strahlungshaushalt quantifizieren zu können, ist die Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Partikel nötig. Diese sind aber nur zum Teil bekannt. Dieser Bericht beschreibt eine Methode, die optischen Eigenschaften solcher Partikel unter Verwendung bestimmter Annahmen zu berechnen. Auÿerdem wird ein erster Vergleich zwischen berechneten Größen und Messungen aus Laborfeuern durchgeführt.Biomass burning is an important source for particles containing black carbon, which is known as a strong light absorbing substance. To quantify the effect of such emitted particles on the radiation budget, the knowledge of their physical and chemical properties is necessary. Until now these properties are only partly known. In the following we describe a possibility of calculating the optical properties of such particles using certain simplifications. Also a first comparison between the calculated values and measurements from lab experiments is shown

Investigations into the impact of the lower boundary condition on thereflected solar radiance field

It is presented how the original isotropic boundary condition in a Gauss-Seidel radiative transfer model is generalized to describe an angular dependent surface reflection. A symmetry about the plane of incidence is assumed since the general case of an arbitrary non-symmetric reflection is to costly. As a result using Hapke's BRDF the upward radiance at the surface and the top of the atmosphere are discussed and compared to the results with the original isotropic boundary condition. In addition we discuss the impact of Rayleigh scattering and aerosol extinction on the reflected solar radiance field

Investigations into the impact of the lower boundary condition on the reflected solar radiance field

It is presented how the original isotropic boundary condition in a Gauss-Seidel radiative transfer model is generalized to describe an angular dependent surface reflection. A symmetry about the plane of incidence is assumed since the general case of an arbitrary non-symmetric reflection is to costly. As a result using Hapke\''s BRDF the upward radiance at the surface and the top of the atmosphere are discussed and compared to the results with the original isotropic boundary condition. In addition we discuss the impact of Rayleigh scattering and aerosol extinction on the reflected solar radiance field.Es wird dargestellt wie die untere Randbedingung in unserem Gauss-Seidel Strahlungstransportmodell erweitert wird, um eine richtungsabhängige Reflexion beschreiben zu können. Da die Beschreibung einer asymmetrischen Bodenreflexion zu aufwendig wäre, beschränken wir uns dabei auf den Fall, bei dem die Reflexion symmetrisch bezüglich der Einfallsebene ist. Als Ergebnisse werden die aufwärtsgerichtete Strahldichte unmittelbar am Erdboden und am Atmosphärenoberrand diskutiert und mit den Ergebnissen für die ursprünglich isotrope Reflexion verglichen. Außerdem wird auf den Einfluß der Rayleigh Streuung und der Extinktion durch die Aerosolpartikel auf das reflektierte solare Strahldichtefeld eingegangen

Single Scattering Properties of Biomass Burning Particles for Radiative Transfer

Our work as subproject P3 in the joint project EFEU aims for a better understanding of the interaction between biomass burning aerosol and radiation. The two main points are the single scattering properties and the multiple scattering between these particles, as described through the radiative transfer equation. The scattering and absorption properties of the single particles depend on the particle size, their morphology and composition. The regarded wavelength plays an important role, too. Information about the optical properties can be received either from experiments, like the ones that have been carried out by our EFEU project partners or by calculation with the help of our models. A comparison between the measured and modelled properties showed partially a good agreement. While we were able to demonstrate that the temporal development of the number size distribution is substantial, it has been shown that its temporal variation does not capture the resulting optical properties alone. After adapting our radiative transfer model to the project-specific requirements, radiative transfer calculations had been carried out for the Quinault fire. Thereby the influence on the photolysis frequencies and the heating rates were in the center of attention. These calculations showed a strong backscattering of the solar radiation through the emitted particles. The result was an increase of the photolysis frequencies up to 20% above the plume compared to the clear case. Within and under the smoke layer a stronger decrease was obtained. In case of the net heating rates a maximum heating of the atmosphere was reached above the center of the fire. Responsible for this was the absorption of solar radiation through the black carbon at wavelengths below 1 micron. This also explained the somewhat higher heating in case of an internal mixture of organic and black carbon compared with an external mixture

Ein erster Vergleich der optischen Eigenschaften von Partikeln aus Laborfeuern und Modellrechnungen

Durch die Verbrennung von Biomasse werden Partikel freigesetzt, die u.a. schwarzen Kohlenstoff enthalten. Dieser ist wesentlich für die Absorption der solaren Strahlung in der Atmosphäre verantwortlich. Um den Effekt der emmitierten Partikel auf den Strahlungshaushalt quantifizieren zu können, ist die Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Partikel nötig. Diese sind aber nur zum Teil bekannt. Dieser Bericht beschreibt eine Methode, die optischen Eigenschaften solcher Partikel unter Verwendung bestimmter Annahmen zu berechnen. Auÿerdem wird ein erster Vergleich zwischen berechneten Größen und Messungen aus Laborfeuern durchgeführt.Biomass burning is an important source for particles containing black carbon, which is known as a strong light absorbing substance. To quantify the effect of such emitted particles on the radiation budget, the knowledge of their physical and chemical properties is necessary. Until now these properties are only partly known. In the following we describe a possibility of calculating the optical properties of such particles using certain simplifications. Also a first comparison between the calculated values and measurements from lab experiments is shown

Ein erster Vergleich der optischen Eigenschaften von Partikeln aus Laborfeuern und Modellrechnungen

Durch die Verbrennung von Biomasse werden Partikel freigesetzt, die u.a. schwarzen Kohlenstoff enthalten. Dieser ist wesentlich für die Absorption der solaren Strahlung in der Atmosphäre verantwortlich. Um den Effekt der emmitierten Partikel auf den Strahlungshaushalt quantifizieren zu können, ist die Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Partikel nötig. Diese sind aber nur zum Teil bekannt. Dieser Bericht beschreibt eine Methode, die optischen Eigenschaften solcher Partikel unter Verwendung bestimmter Annahmen zu berechnen. Auÿerdem wird ein erster Vergleich zwischen berechneten Größen und Messungen aus Laborfeuern durchgeführt.Biomass burning is an important source for particles containing black carbon, which is known as a strong light absorbing substance. To quantify the effect of such emitted particles on the radiation budget, the knowledge of their physical and chemical properties is necessary. Until now these properties are only partly known. In the following we describe a possibility of calculating the optical properties of such particles using certain simplifications. Also a first comparison between the calculated values and measurements from lab experiments is shown