energiebilanz und energieflüsse in der umwelt

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ENERGIEBILANZ UND ENERGIEFLÜSSE IN DER UMWELT –
EINFLUSS VON LATENTER VERDUNSTUNGSENERGIE AUF DIE
RÄUMLICHE VERTEILUNG DER BODENOBERFLÄCHENTEMPERATUR
Theorie
Autor:
E-Mail-Adresse:
Institution:
Philipp Weihs
[email protected]
BOKU
An dieser Stelle wird auf die ausführliche theoretische Einführung im Bereich der Strahlungs- und
Energiebilanz, die im Baustein „Energiebilanz und Energieflüsse in der Umwelt“ angeboten wird,
hingewiesen.
Definition von Begriffen
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Kurzwellige Strahlung: solare Strahlung im Bereich zwischen 0.3 und 3μm. Bereich, in dem
die Sonne den größten Teil ihrer Energie emittiert.
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Langwellige Strahlung: Strahlung im Bereich 3 bis 100μm. Alle kälteren Körper (-100 bis 100
Grad Celsius) sowie die Bodenoberfläche emittieren im langwelligen Bereich Strahlung.
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Albedo: Die Albedo beschreibt das Reflexionsvermögen einer Oberfläche. Sie ist gleich dem
Quotienten zwischen der durch die Oberfläche reflektierten Strahlung und der einfallenden
solaren Globalstrahlung.
Energiebilanz am Boden (Abb. 1):
R= G + H + L.E + Ph + M + dSe
(1)
Abb. 1: Energiebilanz am Boden.
Dargestellt sind die
Strahlungsbilanz (linker Teil der
Abb.), der Bodenwärmestrom G,
die fühlbare Wärme H, die latente
Wärme LE sowie die
vernachlässigbaren Energieflüsse
der Photosynthese (Ph) und des
Metabolismus (M).
Dabei sind diese Ströme als
Energieströme zu verstehen und
werden in W/m² angegeben.
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R = Strahlungsbilanz
G = Bodenwärmestrom
H = Austausch mit der Luft (fühlbarer Wärmestrom)
L.E = Verdunstung
Ph = Photosynthese
M = Metabolismus
dSe = Speicherung
Die Strahlungsbilanz R ist jene Energiemenge aus der kurz- und langwelligen Strahlung, welche an der
Erdoberfläche absorbiert wird. Die absorbierte Strahlungsenergie wird zur Erwärmung der
Oberfläche (Umwandlung von Strahlungsenergie in Wärmeenergie) genutzt. Die Wärmeenergie wird
teilweise in latente Energie (in Wasserdampf gebundene Wärme) umgewandelt, an die Luft
abgegeben (fühlbare Wärme) oder wandert in den Boden (Bodenwärmestrom). Ein ganz kleiner Teil
(<1%) wird bei aktiver Vegetation durch Photosynthese (Term Ph) in Biomasse gespeichert. Der
Metabolismus von Pflanzen, Menschen und Tieren (Größe M von Gleichung 1) ist auch eine
vernachlässigbare Größe, verglichen zu R, G, H und LE.
Die Verdunstungsenergie von Wasser beträgt je nach Temperatur zw. ca. 2499 Ws/g. und 2257 Ws/g
in dem Bereich (0° bis 100°C). Das ist Energie, die dem Boden entzogen wird und deswegen zu einer
Abkühlung der Oberfläche führt.
Die gebundene latente Wärme lässt sich durch Multiplikation der Verdunstungsenergie des Wassers
durch die verdunstete Wassermasse berechnen.
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