Das Klima der Erde I. Mensch, Klima und Klimasystem

Transkript

1 Das Klima der Erde I. Mensch, Klima und Klimasystem Max Camenzind Bildungszentrum HD WS 2015/16

2 Klima betrifft uns alle!

3 Klima ist heute messbar Der Umweltwächter Sentinel-1A/ESA

4 4 Themenkreise zum Klima I. Die Erde, ihr Werdegang & Sonnenstrahlung Was ist Klima? Erde in der Habitablen Zone! II. Paläoklima & die letzten Jahre Aufbau der Erde, Uratmosphäre, Klimazyklen und Klimaarchive (Eisbohrkerne, Arktis, Antar); III. Klima ist deterministisches Chaos Das Klimasystem der Erde, deterministisches Chaos, magnetisches Pendel & Lorenz-Modell; IV. Einfluss der Sonne & Globale Klima-Modelle Treibhauseffekt, Strahlungsantrieb, Aerosole, Sonnenflecken oder CO2? IPCC 5 Sachstandsber.

5 Die Themen Teil I Macht Klima Geschichte? tiefe Wurzeln in der Menschheitsgeschichte ZdF Mediathek: Klima macht Geschichte, Was ist Klima? Was ist Wetter? Definition, Klima-Variablen, Klima-Geschichte Das Klimasystem der Erde wird durch 6 Klima- Elemente bestimmt: Sonne, Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre, Lithosphäre & Biosphäre. Strahlung bestimmt das Klima! Solarkonstante, wie entsteht die Planetentemperatur, was ist ein Treibhaus? Sonnensystem und Planeten Was ist die Habitable Zone?

6 Teil I: Der Mensch und das Klima der Erde Video: Menschheitsgeschichte und Klima ZdF 2015

7 Klima & Mensch seit der Eiszeit

8 Wir leben heute in einer Warmphase

9 Was ist Klima? ein physikalisches System Variablen! Spektrometer analysieren vom Weltraum aus ständig die Zusammensetzung der Atmosphäre. Dabei ermitteln Satelliten unter anderem Temperatur und den Gehalt an Spurengasen und Schwebeteilchen in der Atmosphäre. Bild: ESA/Sentinel

10 Wetter ist nicht Klima!

11 Was ist Klima? Klima ist das globale Langzeitverhalten der Klima-Variablen (> 25 a) - Temperatur Atmosphäre - Zusammensetzung Atm - Wasserdampf Atm - Temperatur & Strömung der Ozeane, Salzgehalt

12 Wetter ist nicht Klima!

13 Wetter Witterung - Klima Wetter Witterung Klima Momentaner Zustand der Atmosphäre (1Stunde, 1 Tag) Charakter des Wetters über einige Tage oder Jahreszeit Mittlerer Zustand der Atmosphäre (z.b Jahre)

14 Unterteilung des Klimas Klima Makroklima global Mesoklima Region: Stadt Landschaft Mikroklima lokal: m - km

15 Klimasystem 6 Klimaelemente Sonneneinstrahlung Atmosphäre Kryosphäre Hydrosphäre Biosphäre Lithosphäre

16 Die Sonne ist Motor des Klimas Liefert die Energie UV sichtbar Infrarot Spektrum am Rand der Atmosphäre Spektrum eines Schwarzen Körpers Spektrum auf Meereshöhe Absorptionsbanden

17 Mittlere Solare Einstrahlung Flecken- Minimum Flecken- Maximum

18 Beispiel Atmosphäre Temperaturverlauf

19 Globale Windgürtel Atmosphäre

20 Bsp. Hydrosphäre: Der Golfstrom

21 Video Hydrosphäre: Golfstrom

22 Hydrosphäre: El Nino-Phänomen

23 Hydrosphäre: El Nino-Phänomen

24 Die an den südamerikanischen Pazifik angrenzende Atacama gilt heutzutage als die trockenste Wüste der Welt, und sie ist fast ohne Vegetation. Die Ursache dafür liegt in den besonderen Wind- und Strömungsverhältnissen im Pazifik. Die kalten Gewässer an der Südamerikanischen Küste stammen von dem aus dem Süden kommende kalten Humboldtstrom, und dem Auftrieb von kalten nährstoffreichem Tiefenwasser. Die Nährstoffe bilden die Grundlage ganzer Nahrungsketten. Das kalte Meer kühlt die darüber liegenden Luftschichten stark ab und an den Hängen der Anden können sich deshalb keine Regenwolken bilden. Unter normalen Wetterbedingungen türmen die im tropischen Pazifikraum westwärts wehenden Passatwinde die warmen Wassermassen im West-Pazifik auf. Da die Stärke der Passatwinde durch die Temperaturdifferenz des Oberflächewassers zwischen West- und Ostpazifik bestimmt wird, haben veränderte Meeresströmungen großen Einfluss auf dieses System. Wenn warmes äquatoriales Oberflächenwasser aus dem Westen sich ostwärts ausbreitet, verringert sich diese Temperaturdifferenz zwischen West und Ost und die Passatwinde lassen nach. In Folge kommen weniger Nährstoffe nach oben, es gibt weniger Plankton und als Folge weniger Fische. Dieses Wetterphänomen tritt alle zwei bis sieben Jahre meist um den Dezember auf. Die Fischer von Peru nennen es seit Jahrhunderten El Niño oder Das Christkind.

25 Video Meeresströmungen / NASA

26 Wärme- und Gasaustausch zwischen Atmosphäre & Ozean Ozeane sind ein wesentlicher Bestandteil des Klimasystems und stehen vor allem im Austausch mit der Atmosphäre.

27 Bsp. Pedosphäre: Wasserkreislauf

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29 Bsp. Biosphäre: Rückkopplung

30 Rückkopplungen im Erdsystem

31 Änderungen im Klimasystem

32 Wie funktioniert ein Treibhaus?

33 IR-Bild einer Menschengruppe

34 Die Atmosphäre als Treibhaus Die wichtigsten Gase beim natürlichen Treibhauseffekt sind Wasserdampf, Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4). Ohne Treibhauseffekt <T> = -18 C!!! Schneeball-Erde!

35 Die Atmosphäre als Treibhaus

36 Klima-Variable: Temperatur

37 Aitoff-Darstellung Erdoberfläche 90 N 180 W 180 E 90 S

38 Temperaturänderung rel. 1960er

39 Klima-Variable: mittlere globale Temperatur steigt an El Nino

40 Klima-Variable: mittlere globale Temperatur bis Dez El Nino El Nino T ist 15 Jahre lang konst

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42 Erderwärmung seit Industrialisierung Referenzwert

43 Klima-Variable: Wasserdampf

44 Klima-Variable: Wärmeinhalt Ozean < 700 m

45 Klima-Variable: Wärmeinhalt NAtlantik < 700 m

46 Klima-Variable: CO 2 Gehalt auf Mauna Loa ppm = parts per million

47 Hamburger Bildungsserver

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49 Korrelation CO 2 Temperatur??

50 CO 2 -Ausstoß weltweit

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52 Klima-Variable: Meereshöhe

53 Änderung Meeresniveau [m] Meereshöhe seit letzter Eiszeit In Tausend Jahren

54 Faktor 20 höher Klima: Temperatur CO 2?

55 Klima: Temperatur CO2? Generell wärmer außer Karbon-Perm-Eis CO2 Faktor 20 höher Dieter Kasang

56 Warmzeiten beflügeln Menschen

57 Klima & Politik IPCC = Weltklimarat seit 1988 US-Präsident Barack Obama will schärfere Klimaschutzregeln.

58 Zusammenfassung Die Erde und ihr Klima sind dynamisch! Klima ist historisch gewachsen. Klima kann klar definiert werden (operativ). Wichtige Klima-Variablen sind Temperatur, Einstrahlung, Atmosphäre, Ozeane etc. Sonne emittiert praktisch ein Schwarzkörper- Spektrum mit 5776 K. heizt Erdatmosphäre auf Treibhaus. jedoch 30% werden wieder reflektiert (Albedo).

59 Anhang: Klima & Strahlung globale Sonneneinstrahlung

60 Jeder Körper strahlt Energie ab Mensch als Strahler: T = 37 C L ~ 1000 W Vorsicht: der Mensch nimmt auch Strahlung auf! gibt also weniger ab! Kleider isolieren! IR-Bild Sonne als Strahler: T = 5777 K L S = 4pR S ²sT 4 S = 3,846 x W isotrop Solarkonstante F E = L S /4p(AE)² = 1366 W/m² F E (p) = 1413 W/m² ; F E (Aphel) = 1321 W/m² Einstrahlung = p R E ² F E = 1,74 x W Erde als Strahler : <T> = 15 C = 288 K L E = 4pR E ² st 4 = 1,99 x W Strahlungsbilanz stimmt ungefähr.

61 Strahlungseigenschaften der Planeten

62 Auslaufende Strahlung / CERES

63 CERES Planetary Albedo

64 CERES Outgoing Flux

65 Ausgehende Wärmestrahlung NOAA = National Oceanographic and Atmospheric Administration

66 Erdatmosphäre als Treibhaus F = st 4 = 390 W/m²

67 239.9 = Energie-Bilanz Erde CERES =

68 Spektrum der Erde über Sahara 0 C = 273 K

69 Absorption Erdatmosphäre Lässt nur 40 W/m² durch von 398 W/m² Abstrahlung von Erdoberfläche (15 C) 15 µm Infrarot-Fenster der Atmosphäre Gemini Teleskop Hawaii

70 Breite CO 2 -Absorptionslinie ModTran

71 Methan-Absorptionslinien ModTran