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Eine Vielzahl an Tests mit RING Referenz Spektren für verschiedene Szenarien in
Anwendung auf die oben beschriebene optische Dicke wurden
durchgeführt. Hierzu gehörte unter anderem die Variation der NO2
Konzentration in verschiedenen Höhenschichten sowie der
Aerosolbelastung bzw. der Bodenreflektion (also Parameter,
die in diesem Wellenlängenbereich entsprechend großen Einfluß
haben).
In der DOAS Auswertung sind zwei verschiedene RING Referenz Spektren zum Einsatz
gekommen: (i) die im folgenden beschriebenen SRS Spektren; (ii) die
per HOTELLING Transformation der verschiedenen SRS Spektren generierten
ersten drei Eigenvektoren, welche unabhängig voneinander skaliert
wurden, im folgenden mit ERS bezeichnet (vergleiche mit
Gleichung 10.4 in Abschnitt 10). Die
Ergebnisse für ausgewählte Fälle sind in
Abbildung 11.2 dargestellt.
Zunächst wurde das Volumenmischungsverhältnis (VMR) gegenüber der
optische Dicke über das ganze Profil um 25% erhöht. Für dieses
RING Referenz Spektrum ergibt sich ein (negativer) Fehler in der VC von NO2 für
die SRS, der langsam auf einen Maximalwert von 1.7% abfällt. Das
ERS Spektrum kompensiert die Diskrepanz zwischen den
Modellatmosphären sehr gut und der Fehler ist nicht größer als
0.5%.
Weiterhin wurde die 25%ige Erhöhung für das troposhärische und
stratosphärische NO2 VMR unterschieden. Während die
troposphärische Erhöhung sich kaum auf die ausgewertete VC von
NO2 auswirkt, zeigt sich eine größere Auswirkung für die
stratosphärische Erhöhung. Der resultierende Fehler für die
stratosphärische Erhöhung entspricht im wesentlichen dem für die
Erhöhung des gesamten Profils von NO2. Die in der Modellierung
angenommene Bodenalbedo betrug 5% (was etwa einer Reflektivität von
offenem Wasser entspricht), daher ist der in der Troposphäre
gestreute- und absorbierte Lichtanteil nicht signifikant. Aus diesem
Grund kann eine Erhöhung des troposphärischen NO2 kaum
Auswirkungen haben (A. Richter , 1996, persönliche Mitteilung ). Wie schon im ersten Fall
kann das ERS Spektrum die Diskrepanz zwischen den
Modellatmosphären für die stratosphärische Erhöhung sehr gut
kompensieren. Es muß allerdings erwähnt werden, daß die
troposphärische NO2 Konzentration sehr variabel ist und um
Größenordnungen schwanken kann (A. Richter , 1998, persönliche Mitteilung ). Es ist in
Folgearbeiten zu zeigen, wie gut die ERS Spektren auch extreme
Unterschiede kompensieren können.
Die Verdopplung der Aerosolbelastung (Standard-Aerosolszenario+100%)
für die RING Referenz Spektrum-Modellierung erzeugt keine signifikanten Fehler beim
Einsatz der SRS Spektren (e < 0.5%). Überraschend ist allerdings
der leicht größere Fehler für das ERS Spektrum, wobei der Fehler
ebenfalls unter 0.8% bleibt. Offensichtlich ist die Parametrisierung
über den SZA nicht optimal geeignet, das Verhalten der RING Referenz Spektren
bezüglich der Aerosolbelastung wiederzugeben.
Diskussion
Wie schon in Abschnitt 10 dargestellt wurde, konnte keine
Modellatmosphäre für die RING Referenz Spektren zu Fehlern in der NO2 VC
führen, wie sie für die Experimentaldaten beobachtet wurden. Dies
kann nicht durch die unterschiedliche Beobachtungsgeometrie begründet
werden (Experimentaldaten: Zenitbeobachtung; Modelldaten:
Nadirbeobachtung), da Tests mit modellierten
RING Referenz Spektren für die Zenitbeobachtung ähnliche Ergebnisse wie die
modellierten RING Referenz Spektren für die Nadirbeobachtung lieferten.
Zum einen ist das Vorzeichen des Fehlers für die hier
dargestellten RING Referenz Spektren unterschiedlich verglichen mit dem der
Experimentalspektren. Zum anderen ist die Amplitude des Fehlers
deutlich geringer und bleibt unter 2%. Fallstudien zeigten nach
signifikanter, aber trotzdem realistischer Variation des VMR von
NO2, Bodenalbedo, sowie Aerosolbelastung maximale Fehler von 
4%.
Eine in praxi kaum zu prüfende Möglichkeit könnte auch das
komplizierte Wechselspiel der einzelnen unterschiedlichen
atmosphärischen (und instrumentellen) Parameter sein, die einen
großen Gesamtfehler ausmachen.
Dies bestätigt nochmals, daß primäre Unterschiede zwischen
Experimental- und Modelldaten nicht in unterschiedlichen
atmosphärischen Zuständen zu suchen sind. Die Vermutung liegt nahe,
daß im wesentlichen die schon (in Abschnitt 10)
beschriebenen Gründe, wie der zeitliche Versatz zwischen den
Messungen der Polarisationsebenen und prinzipielle
Unterschiede zwischen den gemessenen und modellierten Spektren die
Diskrepanzen in den VC produzieren.
Andererseits zeigt die Untersuchung, daß auch Unterschiede in den
atmosphärischen Parametern zu Diskrepanzen in den VC führen
können. Diese sind allerdings nicht signifikant, wenn sie in Relation
zu den Unterschieden für die Experimentaldaten betrachtet werden.
Unklar bleibt zunächst, warum die durch Auffüllung der
Absorptionslinien von NO2 erzeugte Spektralstruktur nicht ähnliche
Fehler erzeugt, wie die durch technische Gründe ,,induzierte``
Struktur in den gemessenen RING Referenz Spektren.
Die Untersuchung zeigt, daß der Einsatz der Hauptkomponenten eines
Ensembles an RING Referenz Spektren eine potentielle Möglichkeit der
Parametrisierung darstellt, da in den meisten Modellfällen die
Hauptkomponenten kleinere Fehler als nicht-adäquate RING Referenz Spektren
produzierten. Andererseits besteht in dieser Hinsicht noch
Untersuchungsbedarf, da, wie im Fall der Aerosolbelastung gezeigt
wurde, nicht jede Parameterisierungsformen für alle Parameter
geeignet sein muß.
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Marco Vountas
