Der Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde

Transkript

1 Der Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde - 18 C 15 C 1

2 Gliederung 1. Beleuchtungszonen 2. Tageslängen in verschiedenen Breiten 3. Sonne 4. Extinktion 5. Zusammenfassung 2

3 1. Beleuchtungszonen 3

4 1. Beleuchtungszonen Johann Heinrich Lambert (* 1728; 1777) deutscher Mathematiker und Physiker. 4

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6 Synonyme für Strahlungsstromdichte sind: Strahlungsstrom, Energieflussdichte, Strahlungsintensität, Bestrahlungsstärke oder Leistungsdichte Die Einheit ist Watt pro Quadratmeter [W/m²]. 6

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12 Gliederung 1. Beleuchtungszonen 2. Tageslängen in verschiedenen Breiten 3. Sonne 4. Extinktion 5. Zusammenfassung 12

13 2. Tageslängen in verschiedenen Breiten 13

14 Hausaufgaben: Erläuterung der Grafiken -> Entstehung der Jahreszeiten, Wiederholung: Auswertung Klimadiagramme + Neu: Strahlungs-/ Thermoisoplethendiagramme Diercke Oberstufe: Moderne Klimakunde S. 13/8 S

15 Gliederung 1. Beleuchtungszonen 2. Tageslängen in verschiedenen Breiten 3. Sonne 4. Extinktion 5. Zusammenfassung Die Sonne am 7. Juni Der Sonnenfleck links unten hat etwa 5-fache Erdgröße. 15

16 3. Sonne Am Außenrand unserer Lufthülle trifft die Strahlung der Sonne mit 1367 W/m² (Solarkonstante) auf. Der Mittelwert für die Solarkonstante wurde 1982 von der World Meteorological Organization in Genf festgelegt. 16

17 Pyrheliometer: 17

18 Ein Schnitt durch unsere Sonne. Wasserstoffkerne Heliumkernen = 'Massendefekt Wärme + Licht Gammaquant vom Kern bis zum Rand der Sonne: über 10 Mio Jahre Licht von Sonne zur Erde: 8 min 18 Erde erhält 0,002% der abgegebenen Gesamtenergiemenge

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20 Zyklen der Sonnenfleckenaktivitäten Film Protuberanzen 20

21 Abraham Hondius, 1677 Londoner Bürger auf der zugefrorenen Themse 21

22 Milutin Milanković (* 1879; 1958) serbischer Astrophysiker 22

23 Diese Milankovic-Zyklen setzen sich unter anderem aus den überlagernden Effekten der Präzession: elliptische Bahn der Erde (Perihel, Aphel: Ellipse-Kreis), Zyklen: und Jahre, der Veränderung des Neigungswinkels der Erdachse: Auslenkung 22,5 O - 24,5 O, Zyklus: Jahre und der Änderung der Exzentrizität: Erdachsenkreisung, Zyklus: Jahre zusammen. 23

24 Max Planck ( ) 1918 Physik-Nobelpreis für die Begründung der Quantentheorie 24

25 Plancksche Strahlungskurve 25

26 Ludwig Boltzmann ( ) 26

27 Wilhelm Wien ( ) 1911 Nobelpreis für Physik für seine Arbeiten zur Wärmestrahlung 27

28 Gliederung 1. Beleuchtungszonen 2. Tageslängen in verschiedenen Breiten 3. Sonne 4. Extinktion 5. Zusammenfassung 28

29 4. Extinktion aus: J.T.Houghton et.al. (IPCC): Climate Change The Science of Climate Change. Cambridge 1996, S.58 29

30 große Vulkanausbrüche (Staub in Atmosphäre) beeinflussen den Vorgang der Extinktion erheblich Krakatau

31 Begriffe: direkte Strahlung: kurzwellige S. direkt von Sonne auf Erdoberfläche diffuse Strahlung: Teile der Strahlungsenergien werden von Luftmolekühlen aufgenommen und in alle Richtungen gestreut (der sichtbare Bereich des Lichtes ist besonders betroffen, wobei der blaue Anteil in der A. stärker als der rote gebeugt wird, Blaufärbung des Himmels) Globalstrahlung: S. die effektiv auf der Erdoberfläche ankommt (direkt oder indirekt/diffus durch Reflexion) absorbierte Globalstrahlung: tatsächlich aufgenommene Globalstrahlung Solarkonstante: die pro Flächen- und Zeiteinheit auftreffende Energie Albedo (von lat. albidus, weiß) die Fähigkeit eines nicht selbst leuchtenden Himmelskörpers das Sonnenlicht zurückzustrahlen 31

32 Albedo verschiedener Oberflächen der Erde frische Schneedecke 0,80 0,90 Wolken 0,60 0,90 alte Schneedecke 0,45 0,70 Wüsten 0,30 nicht bestellte Felder 0,26 Savannen 0,20 0,25 Rasen 0,18 0,23 Wälder Nadelwälder 0,05 0,18 Laubwälder Schotter 0,18 Asphalt 0,15 Wasserfläche Neigungswinkel > 45 0,05 Wasserfläche Neigungswinkel > 30 0,08 Wasserfläche Neigungswinkel > 20 0,12 Wasserfläche Neigungswinkel > 10 0,22 32

33 4. Extinktion (lat. "Auslöschung") bezeichnet die Schwächung der Strahlung durch Absorption und Streuung beim Durchgang durch ein Medium. LB 52 aus: J.T.Houghton et.al. (IPCC): Climate Change The Science of Climate Change. Cambridge 1996, S.58 33

34 Terra S. 52, 53 Aufgaben 2-5 (HA: zur Wdh. Aufgabe 1) 34

35 Terra S. 54, 55 Aufgaben 7, 9,10 15 C - 18 C 35

36 Gliederung 1. Beleuchtungszonen 2. Tageslängen in verschiedenen Breiten 3. Sonne 4. Extinktion 5. Zusammenfassung 36

37 5. Zusammenfassung ein beachtlicher Teil der kurzwelligen Strahlung dringt nicht bis auf die Erdoberfläche vor Einnahmen der Erde = kurzwellige Globalstr. + langwellige Gegenstr. in Gesamtheit ist Strahlungshaushalt Erde/Atmosphäre/Weltraum ausgeglichen Energiegefälle zwischen Tropen und Polarregion ist am Boden noch deutlicher als am Außenrand der Atmosphäre um den Wärmehaushalt von Regionen der Erde vgl. zu können muss man die Wärmehaushaltsgleichung = Nettostrahlung ermitteln 37

38 Nettostrahlung = gesamte Strahlungsbilanz Q Was wird an Energie aufgenommen? Die einfallende Sonnenstrahlung ist kurzwellig, deshalb wird diese Formel auch als kurzwellige Strahlungsbilanz Q k bezeichnet. Was wird an Energie abgegeben? Die Erdoberfläche entsendet Wärmestrahlung (infrarot). Da diese Strahlung langwellig ist, wird diese Formel auch als langwellige Strahlungsbilanz Q l bezeichnet. Q k = G - R = D + H - R Q l = AE = AO - AG oder in Abhängigkeit vom Albedo: Q k = G (1 - a) G... Globalstrahlung D... direkte Strahlung H... diffuse Strahlung (Himmelsstrahlung) R... Reflexstrahlung a... Albedo AE... effektive Ausstrahlung AO... Ausstrahlung der Erdoberfläche AG... Gegenstrahlung 38

39 Was steht nun an Energie auf der Erdoberfläche zur Verfügung? Aus den beiden Formeln für die Strahlungsaufnahme und die Strahlungsabgabe, also für Gewinn und Verlust, lässt sich nun ermitteln, wieviel insgesamt zur Verfügung steht (gesamte Strahlungsbilanz Q, Nettostrahlung) Q = Q k - Q l = G - R - AE G... Globalstrahlung R... Reflexstrahlung AE... effektive Ausstrahlung aus: 39

40 Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit! weiter: Grundlagen der atmosphärische Zirkulation und die außertropische Zirkulation BJ 40