Der Beitrag des Flugverkehrs zum Tagesgang der Zirrenbedeckung und der ausgehenden langwelligen Strahlung über dem Nordatlantischen Flugkorridor

Der Flugverkehr trägt durch seine Emissionen auf verschiedene Weise
zum Klimawandel bei. Bei der Verbrennung fossiler Treibstoffe
entsteht das Treibhausgas Kohlendioxid. Daneben beeinflussen
Stickoxidemissionen die Konzentrationen der Treibhausgase Ozon und
Methan. Wasserdampfemissionen erhöhen zumindest kurzfristig und
lokal die Konzentration dieses Treibhausgases in der Atmosphäre.
Zusätzlich bilden sich unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen
im Nachlauf von Flugzeugen Kondensstreifen. Diese Kondensstreifen
können - abhängig von den jeweils herrschenden atmosphärischen
Bedingungen - längere Zeit existieren. Dabei verlieren sie im Laufe
ihrer Evolution ihre anfänglich linienförmige Gestalt und können
infolge von Scherung, Diffusion und Turbulenz in ihrer
Erscheinungsform nicht mehr von natürlichen Zirren unterschieden
werden. Daher ist es bisher nicht gelungen, diese vom Flugverkehr
induzierte Zirrenbedeckung in Messungen verlässlich zu
quantifizieren. Frühere Studien beschränkten sich entweder auf die
Anwendung von Linienerkennungsverfahren und quantifizierten so den
Bedeckungsgrad von Kondensstreifen in verschiedenen Regionen, oder
analysierten Langzeittrends der Zirrenbedeckung zur Abschätzung des
darin enthaltenen Flugverkehrsbeitrags. Auch bei der
Quantifizierung des Strahlungsantriebs und der typischen
Wirkungsdauer flugverkehrsinduzierter Zirrenbedeckung gibt es große
Unsicherheiten. In dieser Arbeit wird eine neue Methode entwickelt,
die in der Lage ist, die gesamte vom Flugverkehr verursachte
Änderung der Zirrenbedeckung und die mit ihr verbundene Änderung im
langwelligen Strahlungsfluss zu quantifizieren. Die Methode nutzt
die Form des Tagesgangs der Flugverkehrsdichte in einem
Beobachtungsgebiet. Mithilfe verschiedener Funktionen, die die
mittlere Wirkung von Flugverkehrsdichte auf atmosphärische
Messgrößen als Funktion des Alters beschreiben, kann der Tagesgang
der Flugverkehrsdichte auf einen Tagesgang dieser Messgrößen
abgebildet werden. Als solche, Satellitenmessungen zugängliche
Messgrößen werden in der Arbeit der lineare
Kondensstreifenbedeckungsgrad, der Zirrenbedeckungsgrad und die
ausgehende langwellige Strahlungsflussdichte betrachtet. Durch
einen Fit des über diese Funktion ermittelten Tagesgangs an den
beobachteten Tagesgang - teilweise nach Abzug des natürlicherweise
zu erwartenden Tagesgangs - lassen sich die Parameter der
Transformationsfunktionen ableiten. Sie erlauben die
Quantifizierung der vom Flugverkehr induzierten Wirkung sowie die
Ableitung einer typischen Antwortzeit der Atmosphäre auf ein
Flugverkehrsereignis. Die Methode erlaubt es, über den bisher
mithilfe von Linearitätskriterien bestimmten Bedeckungsgrad von
Kondensstreifen hinaus auch gealterte, nicht mehr linienförmige
Kondensstreifen zu erfassen und zu quantifizieren. Sie wird auf ein
Untersuchungsgebiet im Nordatlantik angewandt, das weite Teile des
Nordatlantischen Flugkorridors abdeckt.