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Graf, Kaspar (2013): Der Beitrag des Flugverkehrs zum Tagesgang der Zirrenbedeckung und der ausgehenden langwelligen Strahlung über dem Nordatlantischen Flugkorridor. Dissertation, LMU München: Fakultät für Physik
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Abstract

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.