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1 Sonne Durchmesser km Temperatur im Kern C Oberflächentemperatur 5600 C Abgestrahlte Leistung 6,35 kw/cm² Abgestrahlte Gesamtleistung 3, W Diese Abbildung zeigt das Spektrum eines schwarzen Körpers (a) sowie das Sonnenspektrum über der Atmosphäre (b) und auf der Erde (c).

2 Wellenlängen- und Frequenzbereich der elektromagnetischen Strahlung Zusammenhang zwischen Wellenlänge (λ) und Frequenz (ν): ν = c/λ ν...frequenz (Hz) [1/s] c...lichtgeschwindigkeit ( m/s) λ...wellenlänge [m]

3 Das Planck'sche Strahlungsgesetz Das "Planck'sche Strahlungsgesetz" für einen schwarzen Körper der absoluten Temperatur T lautet in der Frequenzdarstellung: Wobei I(ν) die Strahlungsleistung ist, die im Frequenzbereich ν und ν + dν pro Oberflächen- und Zeiteinheit senkrecht zur Oberfläche in einen Raumwinkel pro Flächeneinheit abgestrahlt wird (Wm -2 Hz -1 sr -1 ). h...planck'sches Wirkungsquantum (6, Js) c...lichtgeschwindigkeit ( m/s) k...boltzmannkonstante: Entspricht der mittleren kinetischen Energie eines idealen Gasteilchens bei einer Temperatur von einem Kelvin (1, J/K). Ω...Raumwinkel: Quotienten aus dem Flächeninhalt eines Teilstücks einer Kugeloberfläche S und dem Quadrat des zugehörigen Kugelradius r (Einheit: sr ) T...absolute Temperatur des schwarzen Körpers Schwarzer Körper: Ein schwarzer Körper nimmt auftreffende elektromagnetische Strahlung vollständig auf (Absorption). Andererseits gibt er aufgrund seiner thermischen Energie (Temperatur) Strahlung einer bestimmten spektralen Verteilung ab (Emission). Er lässt weder Strahlung durch sich hindurch (Transmission), noch spiegelt (Reflexion) oder streut er sie zurück (Diffusion).

4 Gesamte Abstrahlung pro Flächeneinheit [Wm -2 ] (Integration über alle Wellenlängenbereiche): M 0 = σ T 4 Gesamte Abstrahlung [W] (Integration über alle Wellenlängenbereiche): Stefan-Boltzmann-Gesetz P = σ A T 4 σ...stefan-boltzmann-konstante (σ = 5, Wm -2 K -4 ) T...absolute Temperatur (Kelvin) A...Fläche des schwarzen Körpers (m 2 )

5 Abstand der Brennpunkte der Erdbahnellipse: 5 Mill. Km Länger der kürzeren Achse der Erdbahnellipse: 147,1 Mill. Km Länger der längeren Achse der Erdbahnellipse: 152,1 Mill. Km Umfang der Erdumlaufbahn: 939,6 Mill. Km

6 Äquator Exzentrizität der Umlaufbahn Mittlere Bahngeschwindigkeit km/h gestreckt elliptische Umlaufbahn kreisförmige Umlaufbahn Periode Jahre Pendelbewegung der Erdachse (Spin) Spin zwischen 21,5 und 24,5 (Wanderung der Wendekreise) 21.Juni N Äquator Gegenwart: Max. Entfern. 152,1 Millionen km Min. Entfern. 147,1 Millionen km 21.Dezember Orbit Sonne Spin 24,5 *) Achsenneigung 1996: ca '22'' S Sonne Spin 21,5 Periode Jahre *) vor etwa Jahren Präzession der Tag- und Nachtgleiche Kreiselbahn der Halbachse auf der Ebene des Orbits sonnenfernster Punkt: Aphelium Gegenwart: 21.Juni 20.März sonnennächster Punkt: Perihelium 21.Dez. 22.Sept. vor Jahren: 20.März 21.Dez. 22.Sept. 21.Juni vor Jahren: 21.Dez 22.Sept. Periode: zwischen und Jahre 20.März 21.Juni Erd- und himmelsmechanische Vorgaben als Ursache für den periodischen Klimawandel

7 Diese Abbildung zeigt das Spektrum eines schwarzen Körpers (a) sowie das Sonnenspektrum über der Atmosphäre (b) und auf der Erde (c). Die, den Sonnenspektrum an der Grenze der Atmosphäre entsprechende Strahlungsleistung ist die Solarkonstante mit 1367 W/m -2..

8 Temperaturverlauf in der Atmosphäre

9 Die Abhängigkeit vom Einfallswinkel läßt sich über das Lambert sche Gesetz beschreiben: J = sin β * J 0 J...Strahlungsstrom β...einstrahlwinkel J 0...Strahlungsstrom bei senkrechtem Einfall Auf dem Weg durch die Atmosphäre kann die Strahlung absorbiert oder gestreut werden. Bei Absorption nimmt der Strahlungsstrom exponentiell ab: J = J 0 * e tl J...Strahlungsstrom J 0...Strahlungsstrom vor Eintreffen in die Atmosphäre t...absorptionskoeffizient l...länge des Weges durch die Atmosphäre Um diese Änderung zu charakterisieren, führte man den Begriff der "Air Mass" (AM) ein. AM0 steht dabei für die Strahlung vor dem Eintreten in die Atmosphäre, AM1 kennzeichnet den senkrechten Einfall des Sonnenlichts auf die Erdoberfläche. AM1,5 entspricht einem Einfallswinkel von 48,2.

10 Kurzwellige Rückstrahlung in den Weltraum 9 33 Energiezufuhr von der Sonne am Rande der Lufthülle Langwellige Rückstrahlung in den Weltraum Atmosphärisches Fenster (Direkte Abstrahlung) Indirekte langwellige Abstrahlung Direkte Sonnenstrahlung 7 3 Reflexion 19 Diffuse Himmelsstrahlung Wärmestrahlung (Wärmetransport) Reflexion Gegenstrahlung Ausstrahlung Latenter Wärmetransport über Verdunstung Indirekte Strahlung Direkte Strahlung Zufuhr zur tätigen Oberfläche Wärmeabgabe von der tätigen Oberfläche Energieumsatz in der Atmosphäre, Angaben in %. Die an der Grenze der Atmosphäre eingehende Energie (100%) ist gleich der ausgehenden (100%). Durch den Treibhauseffekt (Gegenstrahlung) wird der Energieumsatz auf der Erdoberfläche im vorgestellten Modell jeweils 140% im Vergleich zu 100% an der Grenze der Atmosphäre. Die Energiezufuhr zur Erdoberfläche ist dabei 2,3 mal so groß wie der Anteil der als direkte oder indirekte Sonnenstrahlung die Erdoberfläche trifft.

11 Atmosphärische Fenster

12

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