Airborne measurements of the spectral surface albedo over Morocco and its influence on the radiative forcing of Saharan dust

This PhD thesis is embedded into the DFG research project SAMUM, the Saharan Mineral Dust Experiment which was initiated with the goal to investigate the optical and microphysical properties of Saharan dust aerosol, its transport, and its radiative effect. This work described the deployment of the Spectral Modular Airborne Radiation Measurement SysTem (SMART-Albedometer) in SAMUM after it has been extended in its spectral range. The SAMUM field campaign was conducted in May and June 2006 in south-eastern Morocco. At two ground stations and aboard two aircraft various measurements in an almost pure plume of Saharan dust were conducted. Airborne measurements of the spectral upwelling and downwelling irradiance are used to derive the spectral surface albedo in its typical range in the experiment region. Typical spectral types are presented and compared to the surface albedo derived from MISR satellite data. Furthermore, the radiative forcing of the observed Saharan dust is estimated in dependence on the surface albedo and its regional variations. A strong dependence of the radiative forcing not only on the surface albedo, but also on the optical properties of the dust aerosol is observed. It is unique to SAMUM that all these influential parameters have been measured in near-source Saharan dust, which made the calculations shown in this work possible.

Diese Dissertation ist in die DFG-Forschungsgruppe SAMUM (Saharan Mineral Dust Experiment) eingebettet, die mit dem Ziel gegründet worden ist, die optischen und mikrophysikalischen Eigenschaft von Saharastaub-Aerosol, dessen Transport und Auswirkungen auf den Strahlungshaushalt zu untersuchen. Diese Arbeit beschreibt den Einsatz des flugzeuggetragenen Spektrometers “Spectral Modular Airborne Radiation Measurement SysTem (SMART-Albedometer)” im Rahmen von SAMUM sowie die vorhergehende Erweiterung des Wellenlängenbereiches. Die SAMUM-Messkampagne fand im Mai und Juni 2006 in Südost-Marokko statt. An zwei Bodenstationen und auf zwei Messflugzeugen wurden zahlreiche Messungen in der frischen und nahezu reinen Staubfahne der Sahara durchgeführt. Flugzeuggetragene Messungen der auf- und abwärtsgerichteten Strahlungsflussdiche (Irradianz) werden genutzt, um die spektrale Bodenalbedo und ihren typischen Wertebereich der Messregion abzuleiten. Typische Spektraltypen werden vorgestellt und mit der vom Satelliteninstrument MISR ermittelten Bodenalbedo verglichen. Darüber hinaus wird der Strahlungsantrieb des beobachteten Saharastaubes in Abhängigkeit von der spektralen Bodenalbedo und ihrer regionalen Variabilität abgeschätzt. Dabei zeigt sich eine starke Abhängigkeit des Staub-Strahlungsantriebs nicht nur von der Bodenalbedo und ihres spektralen Verlaufes, sondern auch von den optischen Eigenschaften der Staubpartikel. SAMUM war für solche Untersuchungen eine einmalige Gelegenheit, da diese relevanten Eigenschaften gemeinschaftlich im quellnahen Saharastaub gemessen worden sind, wodurch erst die hier angestellten Berechnungen ermöglicht worden sind.