Aerosoloptische Eigenschaften und Strahlungseffekte

Wie Aerosolpartikel Licht streuen und absorbieren und die daraus resultierenden direkten und indirekten Auswirkungen auf den Strahlungshaushalt der Erde.

Definition

Aerosoloptische Eigenschaften beschreiben, wie Partikel mit Strahlung interagieren, und Aerosol-Strahlungseffekte sind die daraus resultierenden Störungen des Flusses solarer und terrestrischer Energie durch die Atmosphäre.

Scope

Behandelt die Mie-Streutheorie, angewendet auf Aerosole, die Streu- und Absorptionswirkungsgrade und die Einzelstreu-Albedo, die Aerosol-optische Dicke, den direkten Strahlungseffekt streuender und absorbierender Partikel, die Rolle von Ruß und die indirekten Effekte, die durch Wolken vermittelt werden.

Core questions

• Wie bestimmen Partikelgröße und -zusammensetzung Streuung und Absorption?
• Was ist die Aerosol-optische Dicke und wie wird sie gemessen?
• Wie beeinflussen Aerosole das Klima direkt und indirekt über Wolken?

Key theories

Mie-Streutheorie

Eine exakte Lösung der Lichtstreuung durch sphärische Partikel, die die Größe und den Brechungsindex eines Partikels mit seinen Streu- und Absorptionswirkungsgraden in Beziehung setzt.

Aerosol-Strahlungsantrieb

Streuende Aerosole erhöhen die planetare Albedo und kühlen, absorbierende Aerosole erwärmen die Atmosphäre, und Aerosoleffekte auf Wolken fügen einen weiteren, unsichereren Antrieb hinzu.

Mechanisms

Wenn die Partikelgröße mit der Wellenlänge des Lichts vergleichbar ist, werden Streuung und Absorption durch die Mie-Theorie beschrieben, die Wirkungsgrade liefert, die vom Größenparameter und dem komplexen Brechungsindex abhängen. Die Einzelstreu-Albedo bestimmt das Gleichgewicht zwischen Kühlung durch Streuung und Erwärmung durch Absorption. Über die Säule integriert, ergibt die Extinktion die Aerosol-optische Dicke. Direkte Effekte verändern den Strahlungshaushalt unmittelbar, während indirekte Effekte entstehen, wenn Aerosole die Tröpfchenzahl, Helligkeit und Lebensdauer von Wolken verändern.

Clinical relevance

Aerosoloptische Eigenschaften bestimmen die Sichtweite, die Ableitung der Aerosolbelastung aus Satellitendaten und die Größe des Aerosol-Klimatreibens, einer Hauptursache für Unsicherheiten in Klimaprojektionen.

History

Gustav Mies Lösung von 1908 für die Streuung an Kugeln lieferte die optische Grundlage, und die Quantifizierung des Strahlungsantriebs von Aerosolen wurde ab den 1990er Jahren zu einer wichtigen Aufgabe, als ihre Bedeutung für den Klimahaushalt in den IPCC-Bewertungen erkannt wurde.

Key figures

• Gustav Mie
• Craig Bohren

Seminal works

• bohrenHuffman1983
• boucher2013

Frequently asked questions

Was ist die Aerosol-optische Dicke?

Die Aerosol-optische Dicke ist ein Maß dafür, wie stark Aerosole in einer vertikalen Säule Licht durch Streuung und Absorption abschwächen; höhere Werte bedeuten trübere, partikelreichere Luft.