DerStrahlungshaushalt

der Erde

Vortrag im Rahmen des Seminars„Übungen im Vortragen mit Demonstrationen

– Physikalische Chemie“SS 2002

Stud. Rer. Nat. Susanne Möschl

Der schwarze Hautkrebs

Spektrum der Sonnenstrahlen

Sonne

390320

280

200

UV-AUV

-B

UV-C

700 1000 3000

[nm]

ERDE

Strahlungshaushalt – ohne Atmosphäre

A • ¼ S

Le

Le = langwellige Wärmestahlung

Reflektion

Absorption

¼ S

S = Solarkonstante, 1368 W/m2

A = Albedo (Rückstrahlungsfähigkeit der Erde)

Bestimmung der Gleichgewichtstemperatur

T= 255K =

25,0

4

)A1(ST

Stefan-Boltzmann Gesetz:P = б · F · T4 ; б = 5,6 · 10-8 W/m2K4

P1 = S · (1 - A) ·F

→ P1 = P2

→

P2 = б · 4 · F · T4

-18°C

Die Atmosphäre

• Hauptbestandteile:

N2 78,08 %

CO2 20,95 %

Ar 0,93 %

• enthält klimarelevante

Spurengase:

CO2, H2O, CH4, O3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40

Temperatur [°C]

Hö

he

[k

m]

Aufbau der Atmosphäre

Troposphäre

Mesosphäre

Stratosphäre

Thermosphäre

Ozonschicht

Exosphäre = Übergang in den Weltraum

Die spektrale Energieverteilung der Sonnenstrahlen

1

2

4

25

3

UV Sichtbares Licht

Infrarot [nm]

Wat

t je

Qu

adra

tmet

er m

al N

ano

met

er 2

1

1,4

ERDE

Strahungshaushalt – mit Atmosphäre

100100

51

19

51

30

T

ERDET

43

8

Luft,

ErdeT

TT

19

51

30

T

ERDET

½

½ ½

½

43

T

51

8

19

51

30

½

½ ½

½

43

T

51

8

ERDE

19

51

8

70

T

T

19

51

30

ERDE

½

½ ½

½

43

51

8

32

15

114

19

51

30

ERDE

95

17 38

einstrahlende

Sonnenenergie

100

reflektierte

Sonnenstrahlung

30

Abstrahlung im

Infrarotbereich

70

70

gesamte absorbierte Sonnenstrahlung

Der Treibhauseffekt

→ Aufheizung der Atmosphäre um ΔT Gleichgewichtstemperatur von -18°C

steigt auf +15°C

→ ΔT = 33°C

Der natürliche Treibhauseffekt (NTE)

= NTE

Klimarelevante Spurengase und ihr gegenwärtiger Treibhauseffekt

≈ 33,0Summe

≈ 0,6

0,81,7

1,40,3

2,4 0,03

7,2 3

20,6 25.000

andere

CH4

N2O

O3

CO2

H2O

gegenwärtiger Erwärmungseffek

t [Kelvin]

atmosphärische Konzentration

[ppm]

Spurengase

Der anthropogene Treibhauseffekt (ATE)

Klimarelevante Spurengase und ihr gegenwärtiger Treibhauseffekt

≈ 33,0Summe

≈ 0,6

0,81,7

1,40,3

2,4 0,03

7,2 3

20,6 25.000

andere

CH4

N2O

O3

CO2

H2O

gegenwärtiger Erwärmungseffek

t [Kelvin]

atmosphärische Konzentration

[ppm]

Spurengase

Rolle der Wolken

• durch Kondensation wird latente Wärmeenergie frei.→ Temperatur

• Bei hohen undurchsichtigen Wolken gleichen sich die Effekte wieder aus.

• dichte Wolken sind IR-undurchlässig

→ Temperatur

• niedrige Wolken → Albedoerhöhung

→ Temperatur

CO2 – Konzentration seit 1750

Ozon

1979

1994

Klimaprognose

• IPCC (21.01.2001):

Durchschnittstemperaturerhöhung bis 2100:

1,4 – 5,8 °C

Meeresspiegelanstieg bis 2100:0,09 – 0,88 m

• Zunahme von Häufigkeit und Intensität extremer

klimatischer Ereignisse

Richtige Temperaturprognose?