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Geographisches InstitutErd- und Himmelmechanik
- Grundlagen -
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Einfhrungsbung: Geomorphologie(Fr. 16:00 18:00 Uhr c.t.)RN
239Erd- und HimmelsmechanikErdklimaSonneMotor des Klimas?
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Solarkonstante:Strahlungsenergie, welche unter Vernachlssigung
des Atmosphreneinflusses bei mittlerem Sonnenabstand undsenkrechtem
Strahleneinfall in einer Minute durch die Flcheneinheit fliet
= Strahlungsenergiemenge auf der Erdeoberflche = ~ 1.370 W/m2
(Mittelwert)Erd- und Himmelsmechanik
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= schiefe der Ekliptik23,5Erd- und Himmelsmechanik
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Schiefe der Ekliptik fhrt zu unterschiedlichen
Besonnungszonenauf der Erdoberflche
scheinbares Wandern der Sonne im Bereich der Wendekreise (23,5);
Tag-Nacht-quivalenz im Sonnenzenit; variierende Tag-Nachtdauer in
den Mittelbreiten mit zunehmender Tendenz zu den Polen hin;
Polartag /-nacht jenseits der Polarkreise (66,5);
Strahlungsintensitt und effektive Erwrmung (ohne Bercksichtigung
der Atmosphre) nehmen zu den Polen hin abErd- und
Himmelsmechanik
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= Erdrotation(23h 56min 4sec) [gegen den UZS]Erd- und
Himmelsmechanik
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Einfhrungsbung: Geomorphologie(Fr. 16:00 18:00 Uhr c.t.)RN 239=
Erdrevolution(365,25 Tage) Erd- und Himmelsmechanik
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Umlauf der Erde um die Sonne (Erdrevolution)
1. Keplersches Gesetz: tatschlich eiert die Erde um die Sonne!;
2. Keplersches Gesetz: variierende Geschwindigkeit der
Erderevolutionschneller in Sonnennhe langsamer in Sonnenferne( =
29,8 km/s = 107 280 km/h)
Entfernung der Erde zur Sonne = 1 Astronomische Einheit (AE) =
150 Mio. kmSonnennhe (Perihel):2. Januar (~ 147 Mio. km)Sonnenferne
(Aphel):4. Juli (~ 152 Mio. km) im Brennpunkt der Ellipse steht die
Sonne;eine gedachte Verbindungslinie Sonne/Erdeberstreicht in der
gleichen Zeit gleiche Flchen;Erd- und Himmelsmechanik
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KlimaSolares KlimaJ = J0 sin()J = J0 cos() ; (=90-)J =
Strahlungsleistung;J0 = Strahlungsleistung bei senkrechtem
Einfallswinkel; = Einfallswinkel gegenber dem Horizont.[klino] ich
neige
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Das solares KlimaEnergiebilanz und verteilung auf der Erde im
Jahresmittel:
zu den quinoktien (Sonnennhe) herrscht eine symmetrische
Verteilung der Energiemenge auf der Nord- und Sdhalbkugel
zu den Solstitien (Sonnenferne) herrscht einseitige
Energieverteilung auf den Erdhalbkugeln ganzjhrige Energiezufuhr in
den Tropen jahreszeitliche Schwankungen in den Mittelbreiten
jahrszeitliches Alternieren an den Polen(sonnenzugewendet = 24h
Einstrahlung)(sonnenabgewendet = keine Energiezufuhr)Solares
Klima
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Bau und Funktion der AtmosphreGliederung der
AtmosphreTemperatur: Troposphre Stratosphre Mesosphre Thermosphre
ExosphreDurchmischungsgrad: Homosphre (0-100 km) Homopause (100-120
km) Heterosphre (>120 km)physiko-chemisch: Ozonosphre (16-20 km)
Chemosphre (20-600 km)radio-physikalisch: Ionosphre
MagnetosphreLebenszone: Biosphre (0-20 km)Aerodynamik:
Prandtl-Schicht (0-50 m) Ekman-Schicht (50-1.000 m) freie Atmosphre
(> 1 km)Tro-St-Me-Ther-Ex
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Bau und Funktion der AtmosphreAufbau der
AtmosphreExosphreThermosphreMesosphreStratosphreTroposphre500-100.000
km85-640 km50-85 km12-50 km0-12
kmMesopauseStratopauseTropopause
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Bau und Funktion der Atmosphre
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Bau und Funktion der Atmosphrediffuse Reflektionselektive
Absorption
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Bau und Funktion der AtmosphreS90S0Je mehr Luftteilchen, desto
mehrReflektion und Absorption
einfallende Sonnenstrahlung wird polwrts zunehmend geschwcht
Globalstrahlung (G) = direkte Sonnenstrahlung (Q) + diffuse
Strahlung (q)
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Globalstrahlung bei wolkenlosem Himmel:Tropen6:1
Subtropen5:1
Mittelbreiten6:12:1
Polargebiete4:11,5:1(Sommer)(Winter)
(Sommer)(Winter)Bau und Funktion der AtmosphreEINSTRAHLUNG
hchste Globalstrahlung an den Wendekreisen (NHK: +; SHK: -);
Globalstrahlung am quator geringer, da stndige Bewlkung;
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Bau und Funktion der AtmosphreAUSSTRAHLUNGRckstrahlungsvermgen
eines Krpers:Neuschnee
Sand
Gras
Nadelwald
Haufenwolken
Wasserflchen bei: hohem Sonnenstand niedrigem Sonnenstand75 95
%
35 45 %
10 20 %
5 15 %
70 90 %
7 10 %20 25 %
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Bau und Funktion der AtmosphreAUSSTRAHLUNGRckstrahlungsvermgen
eines Krpers:ALBEDOWas passiert mit dem Rest der Energie?
die wird absorbiert!
Was bedeutet das?
atmosphrische / terrestrische Teilchen nehmen Energie auf und
geraten in Schwingung!(= Temperaturerhhung)
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Bau und Funktion der Atmosphre
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Bau und Funktion der AtmosphreCO2 / H2O -
ReflektorEinstrahlungErdstrahlungEffektive
AusstrahlungGegenstrahlung
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Bau und Funktion der AtmosphreStrahlungsbilanzEs gibt Zeiten und
Regionen des Energieberschusses
[Tag; Sommer; Tropen]
sowie Zeiten und Regionen des Energiedefizits
[Nacht; Winter; Polargebiete]Die Beziehung zwischen berschuss
und Defizitwird als Strahlungsbilanz
bezeichnetTag;Sommer;TropenNacht;Winter;Polargebiete
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Bau und Funktion der AtmosphreAtmosphrische
AusgleichsbewegungenUm diese Unterschiede auszugleichen, wird
Energie von berschussgebieten in Defizitgebiete transportiert!Und
wie wird Energie in der Atmosphre transportiert?
Luft wird bewegt!
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Bau und Funktion der AtmosphreAtmosphrische
Ausgleichsbewegungenvertikale Bewegungen:Erdoberflche und erdnahe
Atmosphre(Einstrahlung = Energieberschuss)
Auenseite der Atmosphre(Ausstrahlung = Energiedefizit)
Ausgleich durch: vertikale Luftbewegungen Verdunstung von Wasser
an der Erdoberflche und Kondensieren in hheren Sphrenhorizontale
Bewegungen:Ausgleichsbeziehung: Erde - Atmosphre
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Bau und Funktion der AtmosphreAtmosphrische
Ausgleichsbewegungenhorizontale Bewegungen:Einstrahlung /
Energieberschuss?(am quator / zwischen den Wendekreisen
alternierend)[hhere Atmosphre und verstrkte Wolkenbildung]
Ausstrahlung / Energiedefizit?(an den Polen)[niedrigere
Atmosphre und geringere Luftfeuchte]
Ausgleich durch: vertikale Luftbewegungen=
WindeAusgleichsbeziehung: quator - Pol
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Bau und Funktion der AtmosphreAtmosphrische
Ausgleichsbewegungenhorizontale Bewegungen:Das maximale horizontale
(meridionale) Energiegeflle liegt bei ~ 30-60man nennt diesen
Bereich die PLANETARISCHE FRONTALZONE
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Bau und Funktion der AtmosphreWir fassen
zusammen!Strahlungsunterschiede bedeutenTemperaturunterschiede,und
die bedeutenDruckunterschiede,und die fhren zu
Ausgleichsbewegungen, den Windenletztlich also zurZirkulation der
Atmosphre
