Untersuchung von Aerosol-Strahlung-Wolken Wechselwirkungen mit Ceilometerdaten im Rahmen des PermaStrom Projektes
<p>Im Zusammenhang mit der geplanten Energiewende in Deutschland und Europa werden exakte Photovoltaikertragsprognosen immer wichtiger. In den meisten operationellen Wettervorhersagemodellen bleiben jedoch Aerosol- Strahlungs- und Wolkenwechselwirkungen bisher unber&#252;cksichtigt, was besonders bei Sonderwetterlagen wie Saharastaub oder Waldbrandaerosolepisoden zu Fehlprognosen des PV Ertrags f&#252;hren kann. Das vom BMWi gef&#246;rderte Verbundprojekt (Partner: DWD, KIT, Meteocontrol) PermaStrom (Photovoltaikertragsprognose zum besseren Management des Einflusses des atmosph&#228;rischen Aerosols auf die Stromnetze in Deutschland und Europa) untersucht deshalb unter anderem die Parametrisierung von Aerosol-Wolken-Strahlungs-Wechselwirkungen im ICON-ART Vorhersagemodell.</p> <p>Zur Validierung des modellierten Bedeckungsgrades der 24h Modellvorhersage w&#228;hrend Saharastaubereignissen wurden Ceilometerdaten verwendet.</p> <p>Ceilometer sind bodengest&#252;tzte Fernerkundungssensoren, welche nach dem Lidar-Prinzip zeitlich und vertikal hoch aufgel&#246;st die H&#246;he von Wolkenunterkanten sowie Profile der Aerosolr&#252;ckstreuung messen. Aus Ceilometerdaten an 13 verschiedener Stationen in Deutschland wurden st&#252;ndliche Werte des Bedeckungsgrades w&#228;hrend Saharastaubereignissen vertikal aufgel&#246;st (500m, von 0-12000m) extrahiert und mit den st&#252;ndlichen ICON-ART Vorhersagen sowie einem Kontrollexperiment ohne Staub verglichen.</p> <p>Die Auswertung der mittleren Abweichung des Bedeckungsgrades zwischen Modell und Ceilometer zeigt in Wintermonaten im Mittel &#252;ber die 13 Stationen eine &#220;bersch&#228;tzung der modellierten bodennahen Bew&#246;lkung (0-1000m) zwischen 2-10% und der hohen Bew&#246;lkung (6000-10000m) zwischen 1-9%, w&#228;hrend bei der mittelhohen Bew&#246;lkung (1500m - 4000m) der modellierte Bedeckungsgrad um 1-4% geringer ist als in den Ceilometermessungen. Auff&#228;llig ist auch die Untersch&#228;tzung des modellierten Bedeckungsgrades bis zu 4% bei Wolken &#252;ber 10000m. Dies ist insbesondere interessant, da sich gezeigt hat, dass hohe Zirruswolken im Zusammenhang mit Saharastaubereignissen bislang h&#228;ufig nicht korrekt vorhergesagt werden k&#246;nnen.&#160; F&#252;r die Sommermonate finden sich insgesamt gr&#246;&#223;ere Abweichungen, besonders oberhalb 8000m wird der Bedeckungsgrad modellseitig um bis zu 15% &#252;bersch&#228;tzt. Der ICON-ART-Lauf mit Staub weist gegen&#252;ber dem Kontrollexperiment ohne Staub in zwei von vier Monaten geringere Abweichungen (um 8-10% geringer) in Bezug auf die aus Ceilometermessungen bestimmten Bedeckungsgrade auf.</p> <p>Noch deutlicher wird die Verbesserung bei der gesonderten Betrachtung von Tag-und Nachtzeiten. Hier ergibt sich w&#228;hrend der Nachtstunden eine verbesserte Modellierung der Bew&#246;lkung zwischen 1 und 11% in allen untersuchten Monaten. Tags&#252;ber ergaben sich Verbesserungen in drei von 4 Monaten von 10 bis 26% im Vergleich zum ICON-ART Kontrollexperiment ohne Staubber&#252;cksichtigung.</p> <p>Die Ergebnisse zeigen, dass das ICON-ART Modell, das bisher nur den direkten und semi-direkten Effekt des Aerosols auf die Strahlung ber&#252;cksichtigt, bereits eine verbesserte Vorhersage der Bew&#246;lkungssituation bei Saharastaubereignissen liefern kann. Im weiteren Projektverlauf ist eine Erweiterung des Modelles um zus&#228;tzliche Aerosolkomponenten und eine Einbeziehung der mikrophysikalischen Effekte des Aerosols auf die Wolkenbildung geplant.</p>