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Äpfel plus Birnen - wieviel Obst ist das? Dr. Wolfgang Brune |
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Revoltiert dabei nicht eigentlich das Bauchgefühl, wenn man einen solche Addition vornimmt? 2. Max Planck (s. z. Bsp.Atmosphaerische%20Gegenstrahlung.html oder: Klimabuch2) Identifiziert man frei nach Max Planck die Erdoberfläche mit Strahler A und nimmt man zunächst einmal an, dass er nur als Schwarzkörper die seiner mittleren Temperatur von 288 K entsprechende Wärme abstrahle, also dass jede konvektive Wärmeabgabe unterdrückt sei. Dann strahlt Strahler A mit etwa 390 W/m² ab. Ihm gegenüber befinde sich mit Strahler B ebenfalls ein gleich großer Schwarzkörper-Strahler der Temperatur von 255 K. Seine Strahlung betrage folglich 324 W/m². Sie ist damit geringer als die Strahlung des Körpers A. Nach Planck wird damit der Körper A vom Körper B gekühlt - rechnet man beide Strahlungen gegeneinander auf, verfügt Körper A über eine Netto-Strahlung von 390 - 324 = 66 W/m². Beachtet man, dass an der realen Erdoberfläche - parallel zur Wärmestrahlung - noch Konvektion stattfindet, muss man zusätzlich noch eine Differenz von konvektiver Wärmeabfuhr (latente und fühlbare Wärmeströme) und konvektiver Wärmezufuhr (Niederschläge) hinzufügen. Was man jedoch nicht tun darf, ist, die Strahlungszufuhr von der Sonne (168 W/m²) und die Wärmestrahlung zur Erdoberfläche (324 W/m²) zu addieren. Dann würde man eben, s. o., Äpfel und Birnen addieren. 3. Warum? Selbstverständlich ist es zunächst immer möglich, Energien bzw. Leistungen zu addieren - auch bei Strahlung: Es ist für die übertragene Energie gleichgültig, ob sie durch "wenige", dafür hochenergetische Photonen (also kurze Wellenlängen der Strahlung) oder durch "viele", aber niederenergetische Photonen (als längerwellige Strahlung) erfolgt, wenn nur die Energie gleich ist. Das ist bei der Strahlungsgleichgewichtstemperatur des Systems Erde/Atmosphäre auch der Fall: Von der Sonne werden etwa 235 W/m² eingestrahlt; am oberen Ende der Atmosphäre verlassen ebenso 235 W/m² das System in Richtung Weltall. Einmal handelt es sich um weniger, aber hochenergetische Photonen (Sonne), zum anderen handelt es sich um viele, aber niederenergetische Photonen (Erde). Jedoch an der Erdoberfläche ist zu beachten: Der entscheidende Unterschied ist, dass man die Leistung von 168 W/m² nicht mit der von 324 W/m² vergleichen kann, weil beide nicht in gleicher Weise Strahlungstemperaturen von Schwarzkörpern repräsentieren. *Bei der atmosphärischen Gegenstrahlung (Körper B) waren wir annähernd von einem Schwarzkörper ausgegangen; daher entsprechen nach Stefan-Boltzmann auch Strahlungstemperatur und Intensität der Strahlung einander. *Das tun sie jedoch bei dem Anteil Sonnenstrahlung, der die Erdoberfläche erreicht und von ihr absorbiert wird, nicht. 168 W/m² ist keine "Schwarzkörper-Intensität", die einer Oberflächentemperatur von etwa 5800 K entspricht. Die atmosphärische Gegenstrahlung wird mit dieser "Gleichsetzung" im Vergleich zur Sonneneinstrahlung unverhältnismäßig hoch ausgewiesen. Die an der Erdoberfläche anlangenden Photonen sind genau dieselben, die 8 Minuten zuvor von der Sonnenoberfläche (als einem Schwarzkörper mit 5800 K Temperatur) emittiert worden sind. Sie haben nichts an ihrer ursprünglichen Energie verloren. Die Intensität der Strahlung ist allerdings durch den Raumwinkel verringert worden (und danach auch noch einmal durch die Geometrie an der rotierenden Erde). Es ist nicht möglich, aus der festgestellten Strahlungsintensität von 168 W/m² an der Erdoberfläche auf die Strahlungstemperatur des zugehörigen Schwarzkörpers zu schließen. Nur die Wärmestrahlungen von der und zu der Erdoberfläche sowie die konvektiven Wärmeströme von der und zu der Erdoberfläche sind miteinander vergleichbar und aufrechenbar. Die Sonnenstrahlung kann jedoch nicht irgendwie, nach Planck, in eine Größe Nettostrahlung der Erdoberfläche einbezogen werden. Das Energiegleichgewicht an der Erdoberfläche stellt sich folglich dar (mit etwa den Werten von IPCC, 2007): Sonneneinstrahlung 168 W/m²: = Netto-Wärmestrahlung 66 W/m² + Netto-Konvektion 102 W/m² (Wolfgang.Brune@t-online.de) http://www.Wolfgang-Brune.eu/Klimakapriolen.htmlhttp://www.Wolfgang-Brune.eu/Klimabuch2.html |