Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 1
Physikalische Klimatologie
httpkoeppen-geigervu-wienacat
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 2
Klima in den Medien
GoogleKlima 41600000 Hits Climate 172000000 Hits rarr No 6 Deutsches Klimarechenzentrum (httpwwwdkrzde)
IPCCIntergovermental Panel on Climate Change (httpwwwipccch)IPCC Third Assessment Report (TAR) ndash Climate Change 2001 Fourth Assessment in 2007
SonstigesESPERE Das Klimainformationsprojekt fuumlr Schule und Bevoumllkerung vom MPI httpwwwatmospherempgdeenid05bbfa7db122a0e0f8c805b453783f300ServiceHome_ichtmlhttpmeteducareduindexhtmhttpwwwdeutsches-museumdedmzntklimahttpwwweinslivededaswortderserviceumweltklimawandelindexphtml (Interview M Kerschgens)
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 3
Physikalische Klimatologie
Anforderung an die moderne Klimatologie quantitative Abschaumltzungen und Extrapolationen
erfordert mathematisch-physikalische Behandlung und Beschreibung des Klimasystems
Ziel Verstaumlndnis der Zusammenhaumlnge des (vom Menschen ungestoumlrten) Klimasystems
erst dann koumlnnen aufgesetzte Stoumlrungen interpretiert und diskutiert werden
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 4
Mann et al 2003
Globale Mitteltemperatur in der Vergangenheit
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 5
IPCC 2001
Anthropogene Spurengasemissionen
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 6
Kiehl J and K Trenberth 1997 Earthacutes annual global mean budget Bull Am Met Soc 78 197-208
Energiebilanz im Klimasystem
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 7
IPCC 2001
Stand der Forschung
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 8
IPCC 2001
Globale Mitteltemperatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 9
Gliederung
Einfuumlhrung rarr Definition des Klimasystems
Datengrundlage- Messungen (direktindirekt)- Reanalysen (Modelle als Ergaumlnzung)
Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)gleichgewicht- Raumlumliche Verteilung 3D-Energietransporte bdquoWaumlrmemaschineldquo Klimasystem
Hydrologischer Zyklus- terrestrischerozeanischer Arm- Energietransporte im Ozean (thermohaline Zirkulation)
Natuumlrliche Klimavariabilitaumlt- Interne Variabilitaumlt (ENSO)- Externe Variabilitaumlt (Sonne Vulkane Erdbahnparameter)
Klimamodellierung- GCMEnsemble-VorhersageParametrisierung- IPCC Szenarien anthropogene Effekte
Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse
Atmo-sphaumlre Biosphaumlre
Litho-sphaumlre
Kryo-sphaumlre
Hydro-sphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 10
Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 12
Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 17
Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 22
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 2
Klima in den Medien
GoogleKlima 41600000 Hits Climate 172000000 Hits rarr No 6 Deutsches Klimarechenzentrum (httpwwwdkrzde)
IPCCIntergovermental Panel on Climate Change (httpwwwipccch)IPCC Third Assessment Report (TAR) ndash Climate Change 2001 Fourth Assessment in 2007
SonstigesESPERE Das Klimainformationsprojekt fuumlr Schule und Bevoumllkerung vom MPI httpwwwatmospherempgdeenid05bbfa7db122a0e0f8c805b453783f300ServiceHome_ichtmlhttpmeteducareduindexhtmhttpwwwdeutsches-museumdedmzntklimahttpwwweinslivededaswortderserviceumweltklimawandelindexphtml (Interview M Kerschgens)
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 3
Physikalische Klimatologie
Anforderung an die moderne Klimatologie quantitative Abschaumltzungen und Extrapolationen
erfordert mathematisch-physikalische Behandlung und Beschreibung des Klimasystems
Ziel Verstaumlndnis der Zusammenhaumlnge des (vom Menschen ungestoumlrten) Klimasystems
erst dann koumlnnen aufgesetzte Stoumlrungen interpretiert und diskutiert werden
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 4
Mann et al 2003
Globale Mitteltemperatur in der Vergangenheit
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 5
IPCC 2001
Anthropogene Spurengasemissionen
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 6
Kiehl J and K Trenberth 1997 Earthacutes annual global mean budget Bull Am Met Soc 78 197-208
Energiebilanz im Klimasystem
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IPCC 2001
Stand der Forschung
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IPCC 2001
Globale Mitteltemperatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 9
Gliederung
Einfuumlhrung rarr Definition des Klimasystems
Datengrundlage- Messungen (direktindirekt)- Reanalysen (Modelle als Ergaumlnzung)
Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)gleichgewicht- Raumlumliche Verteilung 3D-Energietransporte bdquoWaumlrmemaschineldquo Klimasystem
Hydrologischer Zyklus- terrestrischerozeanischer Arm- Energietransporte im Ozean (thermohaline Zirkulation)
Natuumlrliche Klimavariabilitaumlt- Interne Variabilitaumlt (ENSO)- Externe Variabilitaumlt (Sonne Vulkane Erdbahnparameter)
Klimamodellierung- GCMEnsemble-VorhersageParametrisierung- IPCC Szenarien anthropogene Effekte
Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse
Atmo-sphaumlre Biosphaumlre
Litho-sphaumlre
Kryo-sphaumlre
Hydro-sphaumlre
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Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 12
Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
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Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 22
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 3
Physikalische Klimatologie
Anforderung an die moderne Klimatologie quantitative Abschaumltzungen und Extrapolationen
erfordert mathematisch-physikalische Behandlung und Beschreibung des Klimasystems
Ziel Verstaumlndnis der Zusammenhaumlnge des (vom Menschen ungestoumlrten) Klimasystems
erst dann koumlnnen aufgesetzte Stoumlrungen interpretiert und diskutiert werden
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 4
Mann et al 2003
Globale Mitteltemperatur in der Vergangenheit
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 5
IPCC 2001
Anthropogene Spurengasemissionen
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 6
Kiehl J and K Trenberth 1997 Earthacutes annual global mean budget Bull Am Met Soc 78 197-208
Energiebilanz im Klimasystem
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 7
IPCC 2001
Stand der Forschung
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 8
IPCC 2001
Globale Mitteltemperatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 9
Gliederung
Einfuumlhrung rarr Definition des Klimasystems
Datengrundlage- Messungen (direktindirekt)- Reanalysen (Modelle als Ergaumlnzung)
Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)gleichgewicht- Raumlumliche Verteilung 3D-Energietransporte bdquoWaumlrmemaschineldquo Klimasystem
Hydrologischer Zyklus- terrestrischerozeanischer Arm- Energietransporte im Ozean (thermohaline Zirkulation)
Natuumlrliche Klimavariabilitaumlt- Interne Variabilitaumlt (ENSO)- Externe Variabilitaumlt (Sonne Vulkane Erdbahnparameter)
Klimamodellierung- GCMEnsemble-VorhersageParametrisierung- IPCC Szenarien anthropogene Effekte
Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse
Atmo-sphaumlre Biosphaumlre
Litho-sphaumlre
Kryo-sphaumlre
Hydro-sphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 10
Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 12
Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 17
Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 22
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 4
Mann et al 2003
Globale Mitteltemperatur in der Vergangenheit
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 5
IPCC 2001
Anthropogene Spurengasemissionen
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 6
Kiehl J and K Trenberth 1997 Earthacutes annual global mean budget Bull Am Met Soc 78 197-208
Energiebilanz im Klimasystem
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 7
IPCC 2001
Stand der Forschung
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 8
IPCC 2001
Globale Mitteltemperatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 9
Gliederung
Einfuumlhrung rarr Definition des Klimasystems
Datengrundlage- Messungen (direktindirekt)- Reanalysen (Modelle als Ergaumlnzung)
Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)gleichgewicht- Raumlumliche Verteilung 3D-Energietransporte bdquoWaumlrmemaschineldquo Klimasystem
Hydrologischer Zyklus- terrestrischerozeanischer Arm- Energietransporte im Ozean (thermohaline Zirkulation)
Natuumlrliche Klimavariabilitaumlt- Interne Variabilitaumlt (ENSO)- Externe Variabilitaumlt (Sonne Vulkane Erdbahnparameter)
Klimamodellierung- GCMEnsemble-VorhersageParametrisierung- IPCC Szenarien anthropogene Effekte
Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse
Atmo-sphaumlre Biosphaumlre
Litho-sphaumlre
Kryo-sphaumlre
Hydro-sphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 10
Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 12
Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 17
Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 22
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 5
IPCC 2001
Anthropogene Spurengasemissionen
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 6
Kiehl J and K Trenberth 1997 Earthacutes annual global mean budget Bull Am Met Soc 78 197-208
Energiebilanz im Klimasystem
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 7
IPCC 2001
Stand der Forschung
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 8
IPCC 2001
Globale Mitteltemperatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 9
Gliederung
Einfuumlhrung rarr Definition des Klimasystems
Datengrundlage- Messungen (direktindirekt)- Reanalysen (Modelle als Ergaumlnzung)
Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)gleichgewicht- Raumlumliche Verteilung 3D-Energietransporte bdquoWaumlrmemaschineldquo Klimasystem
Hydrologischer Zyklus- terrestrischerozeanischer Arm- Energietransporte im Ozean (thermohaline Zirkulation)
Natuumlrliche Klimavariabilitaumlt- Interne Variabilitaumlt (ENSO)- Externe Variabilitaumlt (Sonne Vulkane Erdbahnparameter)
Klimamodellierung- GCMEnsemble-VorhersageParametrisierung- IPCC Szenarien anthropogene Effekte
Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse
Atmo-sphaumlre Biosphaumlre
Litho-sphaumlre
Kryo-sphaumlre
Hydro-sphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 10
Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 12
Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 17
Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 22
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 6
Kiehl J and K Trenberth 1997 Earthacutes annual global mean budget Bull Am Met Soc 78 197-208
Energiebilanz im Klimasystem
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 7
IPCC 2001
Stand der Forschung
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 8
IPCC 2001
Globale Mitteltemperatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 9
Gliederung
Einfuumlhrung rarr Definition des Klimasystems
Datengrundlage- Messungen (direktindirekt)- Reanalysen (Modelle als Ergaumlnzung)
Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)gleichgewicht- Raumlumliche Verteilung 3D-Energietransporte bdquoWaumlrmemaschineldquo Klimasystem
Hydrologischer Zyklus- terrestrischerozeanischer Arm- Energietransporte im Ozean (thermohaline Zirkulation)
Natuumlrliche Klimavariabilitaumlt- Interne Variabilitaumlt (ENSO)- Externe Variabilitaumlt (Sonne Vulkane Erdbahnparameter)
Klimamodellierung- GCMEnsemble-VorhersageParametrisierung- IPCC Szenarien anthropogene Effekte
Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse
Atmo-sphaumlre Biosphaumlre
Litho-sphaumlre
Kryo-sphaumlre
Hydro-sphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 10
Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 12
Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 17
Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 22
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 7
IPCC 2001
Stand der Forschung
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 8
IPCC 2001
Globale Mitteltemperatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 9
Gliederung
Einfuumlhrung rarr Definition des Klimasystems
Datengrundlage- Messungen (direktindirekt)- Reanalysen (Modelle als Ergaumlnzung)
Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)gleichgewicht- Raumlumliche Verteilung 3D-Energietransporte bdquoWaumlrmemaschineldquo Klimasystem
Hydrologischer Zyklus- terrestrischerozeanischer Arm- Energietransporte im Ozean (thermohaline Zirkulation)
Natuumlrliche Klimavariabilitaumlt- Interne Variabilitaumlt (ENSO)- Externe Variabilitaumlt (Sonne Vulkane Erdbahnparameter)
Klimamodellierung- GCMEnsemble-VorhersageParametrisierung- IPCC Szenarien anthropogene Effekte
Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse
Atmo-sphaumlre Biosphaumlre
Litho-sphaumlre
Kryo-sphaumlre
Hydro-sphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 10
Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 12
Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 17
Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 22
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 8
IPCC 2001
Globale Mitteltemperatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 9
Gliederung
Einfuumlhrung rarr Definition des Klimasystems
Datengrundlage- Messungen (direktindirekt)- Reanalysen (Modelle als Ergaumlnzung)
Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)gleichgewicht- Raumlumliche Verteilung 3D-Energietransporte bdquoWaumlrmemaschineldquo Klimasystem
Hydrologischer Zyklus- terrestrischerozeanischer Arm- Energietransporte im Ozean (thermohaline Zirkulation)
Natuumlrliche Klimavariabilitaumlt- Interne Variabilitaumlt (ENSO)- Externe Variabilitaumlt (Sonne Vulkane Erdbahnparameter)
Klimamodellierung- GCMEnsemble-VorhersageParametrisierung- IPCC Szenarien anthropogene Effekte
Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse
Atmo-sphaumlre Biosphaumlre
Litho-sphaumlre
Kryo-sphaumlre
Hydro-sphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 10
Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 12
Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 17
Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 22
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 9
Gliederung
Einfuumlhrung rarr Definition des Klimasystems
Datengrundlage- Messungen (direktindirekt)- Reanalysen (Modelle als Ergaumlnzung)
Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)gleichgewicht- Raumlumliche Verteilung 3D-Energietransporte bdquoWaumlrmemaschineldquo Klimasystem
Hydrologischer Zyklus- terrestrischerozeanischer Arm- Energietransporte im Ozean (thermohaline Zirkulation)
Natuumlrliche Klimavariabilitaumlt- Interne Variabilitaumlt (ENSO)- Externe Variabilitaumlt (Sonne Vulkane Erdbahnparameter)
Klimamodellierung- GCMEnsemble-VorhersageParametrisierung- IPCC Szenarien anthropogene Effekte
Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse
Atmo-sphaumlre Biosphaumlre
Litho-sphaumlre
Kryo-sphaumlre
Hydro-sphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 10
Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 12
Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 17
Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
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Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 10
Peixoto J P und A H Oort 1992 Physics of Climate AIP Press 564 S euro 7485
Hartmann D L 1994Global Physical Climatology Academic Press 411 S euro 8050
K McGuffie 2005 A Climate Modelling PrimerJohn Wiley and Sons Ltd 3rd edition 288 S euro 5450
Cubasch U und D Kasang 2001Anthropogener Klimawandel Klett 128 S euro 1390
von Storch H S Guumlss und M Heimann 1999Das Klimasystem und seine Modellierung Springer Berlin 255 S euro 2995
Schoumlnwiese Ch-D 2003 Klimatologie UTB Stuttgart 2 Auflage 450 S euro 2990
von Houghton JT Y Ding DJ Griggs M Noguer PJ van der Linden X Dai K Maskell and CA Johnson (Eds) 2002 Climate Change 2001 The Scientific Basis Cambridge University Press Cambridge
Skript zur Vorlesung Klimatologie (SS9394) von Prof Andreas Hense an der Universitaumlt Bonn
Literatur
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 11
Internet Vorlesungsfolien (pdf) zu erhalten nach der jeweiligen Sitzung auf
rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
httpwwwmeteouni-koelndemeteophpshow=De_Le_Ve
password metvo
Organisatorisches
Fragen und Anregungen waumlhrend der Vorlesung oder auch Mi 11-12 Zimmer 218
Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie Kerpener Str 13
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Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
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Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
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Hydrosphaumlre
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umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
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physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
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Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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rarr Lehre rarr Veranstaltungen rarr Materialien zu den Uumlbungen und Vorlesungen
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Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
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Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
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Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
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umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
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Hydrosphaumlre
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umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
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physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
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Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Wortursprung griechisch = klino (bdquoich neigeldquo)
Klima als reiner Effekt des mittleren Sonnenstandes
gepraumlgt bzw verwendet von Parmenides (um 500 v Chr) Hippokrates (460-375 v Chr) und Aristoteles (384-322 v Chr) um die Bedeutung der Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdumlaufbahn
daraus resultierende Abhaumlngigkeit des durchschnittlichen Wettergeschehens vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung
Ursprung Klimabegriff
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 13
Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
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Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
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umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
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Hydrosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
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Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Klimatologie als Wissenschaft der Physik des globalen Oumlkosystems
Abgrenzung durch Grenzen des Massenaustauschs
Einteilung des Klimasystems in 5 Untersysteme
AtmosphaumlreHydrosphaumlreKryosphaumlreBiosphaumlre
Lithosphaumlre Unterteilung prinzipiell moumlglich fuumlr jedes beliebige Oumlkosystem evtl mit anderer Gewichtung
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 14
Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 15
Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
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umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
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Hydrosphaumlre
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umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
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Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Unterteilung erfolgt auf Grund von
beteilgten Medien- Gase Wasser (fluumlssig amp fest) biologische Materialien Festkoumlrper
Zeitskalen- Zeiten typischer Aumlnderungen (problemangepasst)
Kopplungen zwischen den Systemen- bestimmte definierte Wechselwirkungen (WW)- Beschreibung der WW macht Klimatologie zur houmlchst interdisziplinaumlren Wissenschaft
Wissenschaftliche Modellierung- wird erleichtert aufgrund der Beschraumlnkung auf ein (oder mehrere) Untersysteme
Definition des Klimasystems
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Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 16
umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
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Hydrosphaumlre
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umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
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Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Hauptsaumlchlich gasfoumlrmiges Subsystem
- N2 O2 Ar CO2 CH4 H2O
In der Minderheit (houmlchst-strahlungsrelevant) fluumlssige und feste Partikel
- Hydrometeore Aerosole
Bestimmt den Strahlungshaushalt der Erde durch starke elektromagnetische Wechselwirkung der solaren Strahlung mit atmosphaumlrischen Komponenten
Zeitskalen
- Troposhaumlre 1 ndash 10 d
- Stratospaumlre 100 d ndash 1 a
Masse M = 53 middot 1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Atmosphaumlre
C = cp M = 53 middot 1015 MJK
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umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
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Hydrosphaumlre
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umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
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physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
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Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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umfasst fluumlssige Wasserphase des Klimasystemsrarr Ozeane Binnengewaumlsser (FluumlsseSeen) Grundwasser
enorme Bedeutung des Salzgehaltes der Weltmeererarr groszligraumlumige Ozeanstroumlmungen (Thermohaline Zirkulation)
WasserdampfquelleCO2-Senke fuumlr Atmosphaumlre
Zeitskalen
- Deckschicht (0 - ~250 m) 1 m ndash 1 a
- Tiefer Ozean gt 1000 a
bdquoklimawirksame (0-250 m) ldquo Ozeanmasse M = 87 1016 t
Waumlrmekapazitaumlt
Hydrosphaumlre
C = cOM = 365 middot 1016 MJK
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Hydrosphaumlre
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umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
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physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
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Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Hydrosphaumlre
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umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 18
umfasst feste Wasserphase des Klimasystems
Meereisrarr Zeitskala 1 ndash 5 a
Gletschermassen (Gebirge) keine groszligen Klimaeffekte dafuumlr aber hervoragende Klimaindikatoren rarr Zeitskala 102 ndash 104 a
Landeismassen (AntarktisGroumlnland)rarr Zeitskala 104 ndash 106 a
Permafrostgebiete (KanadaSibirien)rarr Zeitskala ~103 a
Eis ist elastisch-plastisch verformbar
hohe Albedo von Eis und Schnee im solaren Bereich
bdquoSchwarzkoumlrperldquo im terrestrischen Bereich
geringe Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Isolator)
Kryosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 21
Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 19
physikalischmathematisch komplexestes Subsystem
wichtiger Faktor im CO2-Haushalt der Atmosphaumlre
Quelle fuumlr andere Spuren-gase (z B CH4 Methylsulfid)
Einfluss auf den Energie-haushalt uumlber die Albedo der Erdoberflaumlche
Einfluss auf den Wasserkreislauf vor allem uumlber uumlber Verdunstung
Zeitskalen- Wechsel der Blattmasse ~1 a - Ein-Auswanderung von Populationen ~100 a
pflanzlicher Teil von hoher Bedeutung fuumlr das Klimasystem- terrestrischer Pflanzenbewuchs- ozeanische Anteil (Phytoplankton)
Biosphaumlre
Physikalische Klimatologie Susanne Crewell WS 20062007 19 Januar 2006 20
Effiziente Energieumsatzflaumlche durch Absorption solarer Strahlung (Albedo relativ gering)
Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
Lithosphaumlre als groumlszligter Speicher im Kohlenstoffkreislauf
Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Energietransport im Boden durch Waumlrmeleitung
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Houmlhe beeinflusst Klima
Gebirge als Barrieren in der atmosphaumlrischen Zirkulation
Zeitskalen- erste Meter 10 d ndash 1 a- tiefes Grundwasser ~104 a- Erosion ~105 a
bdquoklimarelevanteldquo Masse M = 3 middot1015 t
Waumlrmekapazitaumlt
Lithosphaumlre
C = cbM = 24 middot 1015 MJK
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bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
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(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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Waumlrmekapazitaumlt Atmosphaumlre ndash Ozean - Land
bezuumlglich Energieumsetzungen besitzt der Ozean die groumlszligte Traumlgheit
35 m des Ozeans entsprechen der Waumlrmekapazitaumlt der gesamten Atmosphaumlre
AtmosphaumlreOzean
Deckschicht200m
Land
Deckschicht10m
VerhaumlltnisAOL
Masse[kg]
53middot1018 73middot1019 30middot1018 1 14 06
Waumlrmekapazitaumlt[MJK]
(Energie pro T)53 middot1015 30 middot1017 24middot1015 1 57 045
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