Verfälschung von Temperaturmessungen durch Reflexionen der Himmelsstrahlung

Die Rest-Reflektivität (engl. nonblackness) der Wasseroberfläche führt zu Verfälschungen der scheinbaren Temperatur der Wasseroberfläche bei Strahlungsmessungen. In [Saunders, 70] wird für Messungen im Wellenlängenbereich von 8-15m eine Reflektivität von angegeben, in guter Übereinstimmung mit den Me\3werten von [Downing, Williams, 75] (Abb. 2.18). Die Schwarzkörper Äquivalent-Temperatur (scheinbare Temperatur, bezogen auf einen schwarzen Strahler) des klaren Himmels liegt zwischen 50C und 65C unter der Lufttemperatur ([Saunders, 67], [Saunders, 70]). Wird der Bruchteil des reflektierten Strahlungsflusses auf eine scheinbare Temperaturverfälschung umgerechnet, so ergeben sich Temperaturdifferenzen zwischen 0.5C und 0.7C. Für verschiedene Wolkenbedeckungen ergeben sich niedrigere Werte. Tabelle 2.2 enthält eine Aufstellung der Temperaturverfälschung für verschiedene typische Wolkenformationen für den Wellenlängenbereich von 8-15m.

 
Tabelle:   Verfälschung der scheinbaren Temperatur der Wasseroberfläche durch Reflexionen der Himmelsstrahlung bei verschiedenen Wolkenbedeckungen.

Dies verursacht zwei verschiedene Arten von Fehlern in Temperaturmessungen der Meeresoberfläche:

Bei geschlossener Wolkendecke kann die absolute Temperatur nicht genau gemessen werden. Vertraut man den Zahlen in Tabelle 2.2, dann kann aus Beobachtungen der Wolkenbedeckung ein Korrekturfaktor für die absolute Temperatur berechnet werden (engl. correction for nonblackness). Genauer wäre es, ein zweites Me\3instrument auf den Himmel zu richten, um die Himmelstemperatur direkt zu messen. Dies könnte eine einfache, kalibrierte Thermosäule sein, die den gesamten Himmel abscannt.

Bei nichtgeschlossener Wolkendecke verursacht die inhomogene Himmelstempertatur zusätzlich ein Rauschen mit einer Amplitude von bis zu 0.6C. In Abhängigkeit von der Neigung der Wellen sieht der Strahlungsdetektor die Reflexionen der Wolken oder des klaren Himmels. In Bildern einer Infrarotkamera äu\3ert sich dies durch helle und dunkle Strukturen. Da die Reflexe mit der Wellenneigung korreliert sind, laufen sie mit der Phasengeschwindigkeit der Wellen durch das Bild.

Saunders kommt zu dem Schlu\3, da\3 selbst bei sorgfältiger Korrektur der Me\3werte die absolute Temperatur der Wasseroberfläche nur mit einer Genauigkeit von 0.2C gemessen werden kann. Hierbei wurde jedoch nicht berücksichtigt, da\3 ein unbekannter Temperaturgradient innerhalb der oberen 100m der Wasseroberfläche die Messung der Oberflächentemperatur, aufgrund der Eindringtiefe der Kamera, zusätzlich verfälschen kann.