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ANT-Land: Messungen von Schneeeigenschaften in der Antarktis

gefördert durch DFG WE1900/29-1 und BI 816/4-1 innerhalb des DFG Schwerpunktprogramms 1158 Antarktisforschung

01.12.2018: Antarktistag

07.06.2018: PhD Verteidigung

25.03.-30.03.2018: Internationale Polartagung, Rostock: Vortrag und Poster

27.11.2017:

Carlsen, T., Birnbaum, G., Ehrlich, A., Freitag, J., Heygster, G., Istomina, L., Kipfstuhl, S., Orsi, A., Schäfer, M., and M. Wendisch, Comparison of different methods to retrieve optical-equivalent snow grain size in central Antarctica, The Cryosphere. 10.5194/tc-11-2727-2017

Die Bodenalbedo ist einer der wichtigsten Faktoren, die die oberflächennahen Energieflüsse beeinflussen. Schnee- und Eisoberflächen haben die höchsten Albedowerte auf der Erde. Dadurch haben sie einen vielfach höheren Einfluss auf das Strahlungsbudget. Gleichzeitig ist die Bodenalbedo von Schneeoberflächen auf räumlichen und zeitlichen Skalen durch Variationen in der Schneekorngröße, der Oberflächenrauigkeit und von atmosphärischen Parametern wie dem Wolkenbedeckungsgrad sehr variabel. Dies führt zu lokalen Veränderungen im Strahlungsbudget. Deshalb ist es von großer Bedeutung ein korrektes, auf Messungen basierendes Bodenalbedo-Schema in numerische Klimamodelle einzubauen. Vergangene Messungen waren jedoch meist auf kurze Zeitskalen oder einzelne Messorte beschränkt.

Deshalb führten wir im Südsommer 2013/14 an der Kohnen-Station (75°00'S, 00°04'O) am Rand des Ostantarktischen Plateaus eine Messkampagne durch, welche sich mit Oberflächeneigenschaften von Schneeoberflächen beschäftigte. Zwei Arbeitspakete zielten dabei sowohl auf die räumliche als auch die zeitliche Variabilität von Schneeeigenschaften.


AP1: Flugzeuggetragene Messungen der räumlichen Variabilitäten von Bodenalbedo, BRDF, Oberflächenrauigkeit und Schneekorngröße.

Insgesamt erstreckten sich die Messungen über dem Königin-Maud-Land mit dem Forschungsflugzeug Polar 6 über 60 Flugstunden (siehe Abb. 1 und Abb. 2). Die spektrale Bodenalbedo wurde mit dem Spectral Modular Airborne Radiation measurement sysTem (SMART)-Albedometer im Wellenlängenbereich zwischen 0.3-2.1µm vermessen. Zusätzlich wurden multispektrale Radianzmessungen mit einer kommerziellen Digitalkamera (Blickwinkel: 180°) durchgeführt und dienen zur Messung der BRDF (bidirectional reflectance distribution function) nach einer durch Ehrlich et al. (2012) vorgestellten Methode. Durch die Messungen beider Instrumente können Schneekorngrößen und Oberflächenrauigkeiten abgeleitet werden. Unabhängig davon wurden Rauigkeitsstrukturen von einem Laseraltimeter an Bord von Polar 6 vermessen. Im Rahmen dieses Arbeitspaketes sollen die räumliche Variabilität der Bodenalbedo und der BRDF von Schnee untersucht und Parametrisierungen im Hinblick auf die Schneekorngröße und Bodenrauigkeit gefunden werden.

Polar6 Flight-Pattern
Abbildung 1: Polar 6 an der Kohnen-Station
(Foto: Gerit Birnbaum, AWI)
Abbildung 2: Forschungsflüge über dem Königin-Maud-Land

AP2: Bodengebundene Messungen und numerische Simulationen der zeitlichen Variabilität von Bodenalbedo und BRDF und deren Beeinflussung durch Schnee- und Atmosphäreneigenschaften.

Ähnliche Messungen wurden an der Kohnen-Station mithilfe des COmpact RAdiation measurement System (CORAS, für die spektrale Bodenalbedo, siehe Abb. 3) und einer zweiten Digitalkamera (für die BRDF, siehe Abb. 4) von Dezember 2013 bis Januar 2014 durchgeführt. Während der gesamten Kampagne wurden außerdem kontinuierlich meteorologische Beobachtungen durchgeführt. Die Schneekorngrößen, welche aus den CORAS-Messungen abgeleitet werden, können direkt mit In-Situ Messungen der Specific Surface Area (SSA) validiert werden. Die SSA wurde mithilfe des ICE-Cube Systems von A2 Photonic Sensors gemessen und dient als ein Maß für die Schneekorngröße. Die bodengebundenen Messungen sollen die zeitliche Variabilität der Schneeeigenschaften abdecken und sollen später zur Validierung von Modellen zur Vorhersage von Schneeeigenschaften verwendet werden.


RadiationRack BRDF-Camera
Abbildung 3: Strahlungsgerüst an der Kohnen-Station
(Foto: Gerit Birnbaum, AWI)
Abbildung 4: BRDF-Kamera an der Kohnen-Station
(Foto: Gerit Birnbaum, AWI)

Veröffentlichungen


Carlsen, T., Birnbaum, G., Ehrlich, A., Freitag, J., Heygster, G., Istomina, L., Kipfstuhl, S., Orsi, A., Schäfer, M., and Wendisch, M.: Comparison of different methods to retrieve optical-equivalent snow grain size in central Antarctica, The Cryosphere, 11, 2727-2741, https://doi.org/10.5194/tc-11-2727-2017, 2017.


Vorträge


27.03.2018 27. Internationale Polartagung, Rostock (Deutschland)
Titel: Parameterization of snow directional reflectivity in Antarctica
06.11.2017 Snow Topical Workshop, Bremerhaven (Deutschland)
Titel: Parameterization of snow directional reflectivity in Antarctica
15.09.2016 SPP-Koordinationsworkshop, Rostock (Deutschland)
Titel: Coupling of airborne and in situ ground-based measurements of surface albedo, BRDF and snow properties in Antarctica to improve prognostic snow models
19.04.2016 International Radiation Symposium, Auckland (Neuseeland)
Titel: Observations of snow properties in Antarctica

Poster


Poster_2017_SPP_TC

T. Carlsen 2018 Airborne and in situ ground-based measurements of surface albedo, bidirectional reflectivity BRDF and snow properties on the Antarctic plateau

27. Internationale Polartagung

Rostock

25.03-29.03.d2018

Poster_2017_SPP_TC

T. Carlsen 2017 Airborne and in situ ground-based measurements of surface albedo, bidirectional reflectivity BRDF and snow properties on the Antarctic plateau

Snow Topical Workshop

Bremerhaven

06.11.2017

Poster_2017_SPP_TC

T. Carlsen 2017 Airborne and in situ ground-based measurements of surface albedo, bidirectional reflectivity BRDF and snow properties on the Antarctic plateau

SPP-Koordinationsworkshop

Erlangen

20.09-22.09.2017

Poster_2016_SCAR_TC

T. Carlsen 2016 (präsentiert von G. Birnbaum) Spatio-temporal variability of snow surface albedo and grain size derived from airborne and ground-based observations in Antarctica

SCAR Open Science Conference

Kuala Lumpur, Malaysia

20.08-30.08.2016

Poster_2015_SPP_TC

T. Carlsen 2015 Airborne and in situ ground-based measurements of surface albedo, bidirectional reflectivity BRDF and snow properties on the Antarctic plateau

SPP-Koordinationsworkshop

Frankfurt/M.

30.09-02.10.2015

Poster_2014_SPP_TC

T. Carlsen 2014 Airborne and in situ ground-based measurements of surface albedo, bidirectional reflectivity BRDF and snow properties on the Antarctic plateau

SPP-Koordinationsworkshop

Dresden

24.09-26.09.2014


Kooperationen


Dr. Gerit Birnbaum, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven, Deutschland

Dr. Johannes Freitag, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven, Deutschland

Dr. Veit Helm, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven, Deutschland

Maria Belke-Brea, Université Laval, Québec, Kanada

Dr. Georg Heygster und Larysa Istomina, Universität Bremen, Bremen, Deutschland


Referenzen


Airborne hyperspectral observations of surface and cloud directional reflectivity using a commercial digital camera, A. Ehrlich, E. Bierwirth, M. Wendisch, A. Herber, and J.-F. Gayet, Atmos. Chem. Phys. 12 (2012), 3493-3510 (pdf)

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Letzte Aktualisierung am 21. 8. 2018 von Tim Carlsen