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Ein weiterer wesentlicher Schritt in der Validierung des Modells ist
der Vergleich mit Experimentaldaten. Für die Validierung des
Modells in Satellitengeometrie bieten sich die Daten des
GOME (Global Ozone Monitoring Experiment ) an
(siehe Anhang C). Die Daten des GOME stehen bei
relativ hoher spektraler Auflösung (FWHM: 0.22-0.40 nm) zur
Verfügung und werden daher ein ausreichend großes Maß an
Auffüllung aufweisen.
Dieser Vergleich fokussiert sich wie schon der vorherige Abschnitt auf
den Spektralbereich der stärksten FRAUNHOFERlinien im Sonnenspektrum
(siehe Anhang A) nämlich den CaII Linien zwischen
390-400 nm. Dieser Wellenlängenbereich ist relativ unbeeinflußt von
anderen physikalischen Prozessen und ist damit gut geeignet, die
spektralen Strukturen des RING Effekt in fast ungestörter Form
darzustellen. Als Vergleichsgröße wurde die optische Dicke
gewählt, da von GOME die Radianz I sowie
Irradianz I0 bestimmt wird.
Zunächst wurde ein wolkenfreies GOME Bodenpixel über der Nordsee
(Breite/Länge: 
) vom 3. September 1995 ausgewählt
(Datenfile: 50903113.el1). Dieses
Bodenpixel wurde bei 
SZA gemessen und ist damit ausreichend
stark vom RING Effekt beeinflußt. Weiterhin kann für Bodenpixel
über offenem Wasser erwartet werden, daß die Aerosolbelastung gering
und homogen ist.
Für den Vergleich von modellierten und experimentell bestimmten
optischen Dicken wurde die Standardaerosoleinstellung sowie eine
Bodenalbedo von 0.05 gewählt.
Genutzt wurde das Irradianzspektrum nach Kurucz et al.
(siehe Anhang A). Das berechnete Radianzspektrum
wurde zunächst auf die GOME Auflösung mit der instrumentellen
Spaltfunktion (Bos, 1994) gefaltet. Hiernach wurden die
Spektralpunkte der hochabgetasteten Modellradianz mit kubischer
Spline- Interpolation auf die des GOME Spektrums interpoliert . Dies
ist unkritisch, da der Abstastabstand des Spektrums von
Kurucz et al. mehr als 10 mal kleiner ist als der des GOME
Spektrums. Auch die Wellenlängengitter der beiden GOME Spektren
wurden per Interpolation einander angepaßt. Nach Verhältnisbildung
von I und I0 und Logarithmierung des Verhältnisses für Modell-
und GOME Daten können die beiden resultierenden optischen Dicken
verglichen werden. Abbildung 9.4 zeigt beide optische
Dicken im direkten Vergleich (links) und nach Abzug eines Polynoms
dritter Ordnung (rechts).
Es ist erwähnenswert, daß Berechnungen ohne Berücksichtigung von RRS
in diesem Wellenlängenbereich praktisch keine spektrale Strukturen
produzieren, da neben vernachlässigbar kleiner O3 Absorption nur der
RING Effekt Auswirkungen auf hochfrequente Spektralstrukturen hat.
Direkter Vergleich: Im direkten Vergleich stimmen beide
Spektren bereits gut überein, wobei eine breitbandige
Spektralstruktur beiden optischen Dicken überlagert ist. Das
gemessene GOME Spektrum weist kleinere Oszillationen auf, die
höchstwahrscheinlich auf nicht-durgeführte relative
Wellenlängenkalibration (im folgenden wird der gängige
englischsprachige Begriff Shift & Squeeze , abgekürzt S&S,
gebraucht) zurückzuführen
sind. Die Entfernung der breitbandigen Strukturen ist durch Adaption
der Streuprozeßparameter in den Strahlungstransportrechnungen
möglich. Eine solche Art der Entfernung der Unterschiede käme dem
Auswertungsschema der sogenannten ,,FUll Retrieval Method`` (FURM)
sehr nahe. Für Vergleichszwecke ist diese aufwendige Methode nicht
erforderlich, daher wird hier auf die einfachere DOAS Strategie
(siehe Anhang D) zurückgegriffen. Hier wird
lediglich die Subtraktion eines Polynoms von der optischen Dicke
vorgenommen.
Vergleich nach Abzug eines Polynoms: Bessere
Übereinstimmung zwischen beiden Spektren zeigt Abbildung 9.4
rechts. Hier sind beide Spektren nach Abzug eines Polynoms dritter
Ordnung in sehr guter Übereinstimmung. Das Polynom dient hierbei der
Entfernung breitbandiger Spektralstrukturen, ähnlich dem
DOAS Ansatz (siehe auch Anhang D). Diese Strukturen
sind maßgeblich durch RAYLEIGH und MIE Streuung bedingt, die einer
Wellenlängenabhängigkeit von 
bzw. 
folgen. Der breitbandige Beitrag von RRS hängt ebenfalls über
von der Wellenlänge ab, ist allerdings deutlich kleiner
als die beiden elastischen Streuprozesse und ist daher in der hier
dargestellten Skalierung nicht sichtbar.
Die nach Abzug des Polynoms resultierende optische Dicke wird auch
,,differentielle`` optische Dicke genannt. Die differentiellen Spektren
weisen nun nicht mehr deutliche Unterschiede in den Anfangs- und
Endbereichen auf. Da es sich bei der Polynomsubtraktion um eine
Hochpaßfilterung handelt, konnten durch ein solches Unterfangen die
(hochfrequenten) Oszillationen in den GOME Daten nicht
unterdrückt werden.
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Marco Vountas
