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Reduction of radiation biases by incorporating the missing cloud variability by means of downscaling techniques: a study using the 3-D MoCaRT model

Gimeno Garcia, Sebastian und Trautmann, Thomas und Venema, Victor (2012) Reduction of radiation biases by incorporating the missing cloud variability by means of downscaling techniques: a study using the 3-D MoCaRT model. Atmospheric Measurement Techniques, 5 (9), Seiten 2261-2276. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-5-2261-2012. ISSN 1867-1381.

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Offizielle URL: http://www.atmos-meas-tech.net/5/2261/2012/amt-5-2261-2012.html

Kurzfassung

Handling complexity to the smallest detail in atmospheric radiative transfer models is unfeasible in practice. On the one hand, the properties of the interacting medium, i.e., the atmosphere and the surface, are only available at a limited spatial resolution. On the other hand, the computational cost of accurate radiation models accounting for three-dimensional heterogeneous media are prohibitive for some applications, especially for climate modelling and operational remote-sensing algorithms. Hence, it is still common practice to use simplified models for atmospheric radiation applications. Three-dimensional radiation models can deal with complex scenarios providing an accurate solution to the radiative transfer. In contrast, one-dimensional models are computationally more efficient, but introduce biases to the radiation results. With the help of stochastic models that consider the multi-fractal nature of clouds, it is possible to scale cloud properties given at a coarse spatial resolution down to a higher resolution. Performing the radiative transfer within the cloud fields at higher spatial resolution noticeably helps to improve the radiation results. We present a new Monte Carlo model, MoCaRT, that computes the radiative transfer in three-dimensional inhomogeneous atmospheres. The MoCaRT model is validated by comparison with the consensus results of the Intercomparison of Three-Dimensional Radiation Codes (I3RC) project. In the framework of this paper, we aim at characterising cloud heterogeneity effects on radiances and broadband fluxes, namely: the errors due to unresolved variability (the so-called plane parallel homogeneous, PPH, bias) and the errors due to the neglect of transversal photon displacements (independent pixel approximation, IPA, bias). First, we study the effect of the missing cloud variability on reflectivities. We will show that the generation of subscale variability by means of stochastic methods greatly reduce or nearly eliminate the reflectivity biases. Secondly, three-dimensional broadband fluxes in the presence of realistic inhomogeneous cloud fields sampled at high spatial resolutions are calculated and compared to their one-dimensional counterparts at coarser resolutions. We found that one-dimensional calculations at coarsely resolved cloudy atmospheres systematically overestimate broadband reflected and absorbed fluxes and underestimate transmitted ones.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/98368/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Reduction of radiation biases by incorporating the missing cloud variability by means of downscaling techniques: a study using the 3-D MoCaRT model
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gimeno Garcia, SebastianSebastian.GimenoGarcia (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Trautmann, Thomasthomas.trautmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Venema, VictorNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2012
Erschienen in:Atmospheric Measurement Techniques
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:5
DOI:10.5194/amt-5-2261-2012
Seitenbereich:Seiten 2261-2276
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Wagner, Thomasthomas.wagner (at) mpic.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Laj, Paololaj (at) lgge.obs.ujf-grenoble.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Joiner, Joannajoanna.joiner (at) nasa.govNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richter, Andreasandreas.richter (at) iup.physik.uni-bremen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Harder, Hartwighartwig.harder (at) mpic.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1867-1381
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Radiative transfer, Monte Carlo, Atmosphere, Clouds
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Spektrometrische Verfahren und Konzepte der Fernerkundung (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Schreier, Dr.rer.nat. Franz
Hinterlegt am:02 Okt 2015 10:56
Letzte Änderung:08 Nov 2023 08:09

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