Nächtliche Windscherung und atmosphärische Gegenstrahlung

Stabilisierung der Grenzschicht am Nachmittag und Abend führt zu höheren vertikalen Windscherungen bis hin
zur Ausbildung von Low-Level Jets (LLJ), was für Luftqualität und Windenergienutzung relevant ist. In Emeis
(2014) war der prinzipielle Zusammenhang zwischen einigen Parametern der LLJs und den meteorologischen
Parametern gezeigt worden. In Emeis (2017) wurde gezeigt, dass es einen maximalen Wert für die vertikale
Windscherung unterhalb von LLJs gibt, der nur von dem vertikalen Temperaturgradienten abhängt (und vielleicht
von der Oberflächenrauigkeit). Dieser Zusammenhang reicht aber noch nicht aus, verlässlich die wirklich
auftretende Windscherung zu bestimmen, er gibt nur eine obere Schranke.
Der bodennahe vertikale Temperaturgradient in der abendlichen und nächtlichen Grenzschicht wird sehr
stark durch die Auskühlung des Bodens bestimmt. Diese Auskühlung des Bodens wiederum ist die Folge
einer negativen langwelligen Strahlungsbilanz der Bodenoberfläche (kurzwellige Strahlung spielt nachts keine
Rolle). Neben den Bodeneigenschaften (Bodenart, Landnutzung, Bodenfeuchte) spielt bei der Auskühlung im
Wesentlichen die abwärts gerichtete langwellige Strahlung eine Rolle, die aus der Atmosphäre kommt. ... mehrDiese
Strahlung wird durch zwei Parameter bestimmt, die mittlere absolute Luftfeuchte in der Grenzschicht und der
Bedeckungsgrad mit niedrigen und mittelhohen Wolken. Modifizierend kommt bei nicht verschwindendem Wind
noch ein turbulenter Wärmefluss von der Atmosphäre zum Boden hinzu.
Hier soll nun in der Literatur vorhandenes Wissen zur nächtlichen langwelligen Strahlungsbilanz der Bodenoberfläche
benutzt werden, um zu untersuchen, ob damit der bodennahe vertikale nächtliche Temperaturgradient
vorhergesagt und damit die in der Nacht zu erwartende vertikale Windscherung besser prognostiziert werden
kann.
Emeis, S., 2014: Wind speed and shear associated with low-level jets over Northern Germany. Meteorol.
Z., 23, 295-304.
Emeis, S., 2017: Upper limit for wind shear in stably stratified conditions expressed in terms of a bulk
Richardson number. Meteorol. Z., 26, 421-430.