Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde

Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde
Globalstrahlung Qg = Anzahl aller
kurzwelligen Sonnenstrahlen, die
die Erde erreichen.
19% dieser Strahlen werden durch
die Atmosphäre und die Wolken
absorbiert.
Absorption = Aufnahme und
Bindung von Energie
(Sonnenstrahlen) durch Gase
(CO2, H2O, u.a.)
Weitere 51% werden durch die
Erdoberfläche absorbiert und in
langwellige Wärmestrahlung
umgewandelt.
30% der Globalstrahlung werden
durch die Atmosphäre und die
Erdoberfläche zurück ins All
reflektiert. Diese Energie, die so
der Erde verloren geht, wird als globale Albedo (a) bezeichnet.
Die langwellige Wärmestrahlung erhitzt den Erdboden, wodurch von diesem
Warmluft aufsteigt. Diese Luft wird auch als Ausstrahlung der Oberfläche AO
bezeichnet. Sie wird teilweise wieder an den Wolken reflektiert und zur Erdoberfläche
(Gegenstrahlung AG ) zurückgeworfen. Dieser Wechsel von AO und AG bewirkt den
natürlichen Treibhauseffekt und damit die Erhaltung der Durchschnittstemperatur von
15°C auf der Erdoberfläche.
Der Strahlungshaushalt bzw. die Strahlungsbilanz der Erde kann auch mit Formeln
dargestellt werden:
tatsächliche Energieaufnahme = Qg (1 a)
... gibt die Menge der Energie an, die die
Erde aufnimmt, d.h. von der
Globalstrahlung wird das Albedo
abgezogen.
effektive Ausstrahlung AE = AO - AG
... gibt an, was wirklich ausgestrahlt wird,
d.h. die Gegenstrahlung wird von der
Ausstrahlung der Erdoberfläche
abgezogen.
Was steht nun an Energie auf der Erdoberfläche zur Verfügung?
Aus diesen beiden Formeln ergibt sich die Gleichnung für den Strahlungshaushalt der
Erde:
R = Qg (1 - a) - AE


Am Äquator ist die Strahlungsbilanz (R) positiv (Energieüberschuss), somit ist
auch die Erwärmung der Luft und des Bodens hoch.
An den Polen ist die Strahlungsbilanz (R) negativ (Energiemangel), somit ist
auch die Abkühlung der Luft und des Bodens groß.
Dieser Temperaturgegensatz zwischen Äquator und Polen muss ausgeglichen
werden, damit der gesamte Strahlungs- und auch Wärmehaushalt der Erde gleich ist.
Dieser Ausgleich geschieht durch verschiedene Wärmeströme, wie Wind,
Verdunstung und Meeresströmungen.
H ... fühlbarer Wärmestrom (z.B. Wind)
V ... nichtfühlbarer Wärmestrom (z.B. Verdunstung)
W ... Meeresströmungen
B ... vertikale Strömungen zwischen Oberfläche und Tiefe im Wasser und in der Luft
Dieser Wärmehaushalt der Erde kann wiederum durch eine Formel dargestellt
werden:
R=H+V+W+B
Die atmosphärische Zirkulation (die globalen Windsysteme), die Meersströmungen,
u.a. Ausgleichströmungen resultieren also aus dem Strahlungs- und
Wärmeunterschied zwischen Pol und Äquator.