Strahlungs Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde und

StrahlungsStrahlungs- und Wärmehaushalt der Erde
1. Globalstrahlung Qg
= Menge aller
kurzwelligen
Sonnenstrahlen, die
die Erde erreichen –
hängt ab vom
Abstand.
2. Absorption in der
Atmosphäre =
Aufnahme und
Bindung von Energie
der Sonnenstrahlen
durch Gase (CO2,
Methan, H2O, u.a.)
19% dieser Strahlen
werden durch die
Atmosphäre und die
Wolken absorbiert.
3. Absorption am
Boden: weitere 51% werden durch die Erdoberfläche absorbiert und in langwellige
Wärmestrahlung umgewandelt.
4. Albedo: 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.
5. 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.
… die folgenden Erklärungen müssen NICHT gelernt werden:
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 die
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 Gleichung für den Strahlungshaushalt der Erde:
R = Qg (1 - a) - AE
… aber das sollte man EWIG wissen:
•
•
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
bleibt.
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
und andere Ausgleichströmungen resultieren also aus dem Strahlungs- und
Wärmeunterschied zwischen Pol und Äquator.