Es geht immer noch um CO2 in der Atmosphäre 

Fortsetzung der Diskussion um die inhaltlichen Probleme der  Monografie zur "Klimaphysik"

*Brune an Fachkollegen, 20.9.2011: Liebe Fachkollegen, ich hatte am 10.9. ein etwas verändertes Modell vorgestellt, wie man dem so genannten TE und dem angeblichen Verursacher CO2 besser auf die Spur kommen kann.

Ungeachtet davon werden jedoch immer wieder die alten Argumente hervorgeholt. Dazu 2 Beispiele, allerdings sehr grundsätzliche Beispiele:

1. 10.9. J.E. an J.R.: P.D. sagt richtig, dass die Erdoberfläche soviel Wärme abgibt, wie sie von der Sonne absorbiert. Dabei wird ein Teil der Wärme direkt in den Weltraum emittiert, ein anderer Teil wird "in Form der Flüsse von sensibler und latenter Wärme sowie infraroter Strahlung an die Atmosphäre" abgegeben und dieser Teil wird dann von der Atmosphäre in den Weltraum abgegeben (in den absorbierenden Wellenlängenbereichen). Bei höherer CO2-Konzentration verändert sich das Verhältnis der 2 Anteile. Da der Anteil ... in den absorbierenden Wellenlängenbereichen ... sinkt, muss im Gegenzug der von der Oberfläche im atmosphärischen Fenster in den Weltraum abgegebenen Wärme größer werden... [ACHTUNG!]

2. 19.9. P.D. an M.W.: Wenn Sie in der Lage wären, den Satellitentrichter [in den Emissionsspektren] richtig zu deuten, hätten Sie längst gespannt, dass CO2 etwa 27 W/m² der IR-Abstrahlung der Erde zurückhält und somit die Kühlung der Erde (im Vergleich zu einem Schwarzkörper mit weit offenem Fenster) verschlechtert. Folglich wird die Kühlung noch schlechter, wenn die CO2-Konzentration ansteigt. [ACHTUNG!]

Dazu bitte folgendes Bild, in dem gedanklich die Atmosphäre unten etwas abgesetzt ist von der Erdoberfläche - dieser Abstand kann gedanklich immer weiter verkleinert werden.

Nur in den Wellenlängenbereichen des IR-Strahlungsfensters gelangt Wärmestrahlung vom Boden nach oben: 40 W/m² im Mittel direkt ins All, 23 W/m² werden im Mittel - bei 60% globaler Bewölkung - von den Wolken absorbiert. Mit CO2 hat das gar nichts zu tun. Diese genannten 23 W/m² stellen die einzige Strahlung dar, die vom Boden in die Atmosphäre gelangt.

Die gesamte übrige (der Temperatur von 289 K entsprechende) Wärmestrahlung der Erdoberfläche (in Höhe von 333 W/m²) wird von der atmosphärischen Gegenstrahlung (ebenfalls 333 W/m²) kompensiert; dieser Strahlungsanteil trägt folglich nicht zum Energietransport bei.

Die andere von der Sonne empfangene Wärme (98 W/m²) wird durch Verdunstung und erwärmte Luftpakete - also auf konvektivem Weg - in die Atmosphäre eingetragen, oben in Strahlung umgewandelt und gemeinsam mit dem direkt in der Atmosphäre absorbierten Teil der Sonneneinstrahlung ins All abgestrahlt.

Der o. g. Satellitentrichter in den Emissionsspektren gibt also keineswegs die durch CO2 absorbierte Wärmestrahlung der Erdoberfläche wieder, sondern zeigt den Anteil Abstrahlung des Systems Erde/Atmosphäre auf, der dem CO2 zukommt. Andere Emitter ins All sind Wasserdampf, Wolken usw.

Zusammengefasst: Weder innerhalb des Strahlungsfensters absorbiert CO2 Wärmestrahlung vom Erdboden - dort gibt es keine absorbierenden Wellenlängen - noch außerhalb des Strahlungsfensters - dort gibt es keine Bodenstrahlung in der Atmosphäre, da diese durch die Gegenstrahlung bereits in Nähe des unteren Randes der Atmosphäre "ausgelöscht" wurde. Dem CO2 verbleibt nur die Aufgabe, die vom Boden konvektiv empfangene Wärme - gemeinsam mit anderen Emittern - aus dem Erdsystem abzustrahlen. Das heißt dann aber auch: Steigt die CO2-Konzentration an, wird lediglich die Fähigkeit des Erdsystems vergrößert, Wärme abzustrahlen. [Hier nur wieder am Rande der Hinweis: Wasser/Wasserdampf verhalten sich - infolge der Phasenänderungen - völlig anders.]

Sehr geehrter Herr Dr. Brune,

> Der o.g. Satellitentrichter in den Emissionsspektren gibt also keineswegs

die durch CO2 absorbierte Wärmestrahlung der Erdoberfläche wieder, sondern

zeigt den Anteil Abstrahlung des Systems Erde/Atmosphäre auf, der dem CO2 zukommt.

Das ist zwar nicht falsch, aber Sie übersehen, dass der Trichter eindeutig zeigt, welcher Anteil der Abstrahlung gegenüber der Planck-Kurve *zurückgehalten* wird, nämlich 27 W/m². Und dieser Anteil verschwindet ja nicht, sondern kommt leider in Bodennähe wieder nach unten (!) heraus, wie die Barrow-Messung zeigt.

> Das heißt dann aber auch: Steigt die CO2-Konzentration an, wird lediglich die Fähigkeit des Erdsystems vergrößert, Wärme abzustrahlen.

Oh Scotty, beam me up!! CO2 kühlt - das darf doch wohl nicht Ihr Ernst sein!! Halten Sie eigentlich Tausende von Atmosphären- und Strahlungsphysikern für Blödel? Halten Sie HITRAN-Spektren, Satellitenmessungen und Gegenstrahlungsmessungen für irrelevante Phantasieprodukte der IPCC-Mafia?

Sie haben leider noch nicht verstanden, dass (im Strahlungsmodell) das CO2 74 W/m² absorbiert und im Gleichgewicht (mit Wasserdampfüberlappung) je 27 W/m² nach oben und unten thermisch re-emittiert. Dieser Betrag der oben fehlt (Satellitentrichter), kommt also unten *zusätzlich* heraus und bewirkt eine Bodenerwärmung. Dass CO2 in der oberen Atmosphäre kühlt, wird nicht bestritten - aber wir leben ja am Boden.

Ihr Fehler ist, dass Sie die Gegenstrahlung mit anderer Strahlung verrechnen und diese damit auslöschen (Hokuspokus und weg ist der TE!), obwohl elektromagnetische Wellen sich bekanntlich unabhängig voneinander ausbreiten und sich überlagern. Also denken Sie im Prinzip an das Spiegelexperiment von Herrn Kegel. Er hält einen Spiegel (sagen wir zu einem Viertel) vor die Linse eines Diaprojektors. Somit wird nur noch 3/4 weggestrahlt. 1/4 kommt zurück und überhitzt den Glühfaden der Lampe, die mit konstanter el. Leistung beheizt wird.

Der Glühfaden erhöht daher soweit seine Temperatur, bis er (netto) die el. Heizleistung wieder abstrahlt. Dazu muss er auf das 1,25-fache der Heizleistung kommen, weil ja 25% zusätzlich vom Spiegel geliefert werden*). Ihre Auffassung, dass durch die Rückstrahlung der Glühfaden (analog zum Erdboden) gekühlt wird, ist an Absurdität nicht zu überbieten. Es ist doch erstaunlich, zu welchen Verdrehungen der Physik Thermodynamiker fähig sind.

*) in Realität ist der Faktor noch etwas höher, nämlich 1/(1-0,25)=1,3333.. statt 1,25

Ach Herr Brune,
warum müssen Sie unbedingt demonstrieren, dassSie kaum etwas vom Treibhauseffekt verstehen.

Der Wellenlängen- und Höhen-Bereich, aus dem Gegenstrahlung den Erdboden erreicht, ist im allgemeinen kühler als die Oberflächentemperatur, denn mit zunehmender Höhe nimmt die Temperatur ab. Deshalb ist die Gegenstrahlung in allen Wellenlängenbereichen geringer als die Abstrahlung von der Erdoberfläche. Nur bei sehr kurzen Absorptionslängen (Meter-Bereich) erreicht die Gegenstrahlung fast die Abstrahlung von der Erdoberfläche, weil in so einem kleinen Höhenbereich fast die Temperatur der Erdoberfläche herrscht.

Aber eine so kurze Absorptionslänge haben nur ganz wenige und schmale Wellenlängenbereiche. Damit ist Ihre Grundbehauptung widerlegt.

Ach, Herr J.E., vielleicht will ich gar nichts vom TE verstehen, weil er so, wie er allgemein verstanden wird, gar nicht zu verstehen ist. Die gängige Definition lautet: TE ist die Gesamtabstrahlung der Erdoberfläche, ausgehend von einer Temperatur von 289 K, minus Abstrahlung des Gesamtsystems Erde/Atmosphäre ins All, bei einer effektiven Temperatur von 255 K, d. h. heute im globalen Mittel also 396W/m² - 240 W/m² = 156 W/m² (s. u.a. Ramanathan). Dahinter steckt der Gedanke, dass Treibhausgase den Überschuss der Bodenabstrahlung absorbieren.

Nach dem von mir vorgestellten modifizierten Modell kann jedoch gar keine so hohe Bodenabstrahlung in die Atmosphäre eindringen, weil der größte Teil davon durch die atmosphärische Gegenstrahlung kompensiert wird:

*denkt man sich, dass in einem 1. Schritt die gesamte im Strahlungsfenster emittierte Bodenstrahlung - bei klarem Himmel ohne von der Atmosphäre beeinflusst zu werden - ins All entweicht und bei diesen Wellenlängen auch keine Wärmestrahlung zurückkommt; das betrifft 63 W/m²;

*denkt man sich, dass in einem 2. Schritt die nunmehr auf 333 W/m² reduzierte Bodenstrahlung auf die gleich große atmosphärische Gegenstrahlung (effektive Temperatur 277 K) trifft, im gleichen Wellenlängenbereich außerhalb des Strahlungsfensters, und durch diese kompensiert wird, d. h. beide involvierte Wärmestrahlungsemitter werden weder aufgewärmt noch abgekühlt, sondern behalten im Mittel ihre Temperatur.

Dann wird die Bodentemperatur ausschließlich durch die Sonnenzustrahlung (globales Mittel 161 W/m²) und durch die Wärmeabfuhr von der Erdoberfläche

*durch Strahlung 63 W/m² (davon im Mittel 40 W/m² direkt ins All)

*und 98 W/m² durch Verdunstung und aufsteigende Luftpakete (gesamt also wieder 161 W/m²)

bestimmt.

Es gibt einfach keine eigenständige, messbare Bodenabstrahlung in Höhe von 396 W/m², sondern nur eine von 63 W/m² (und davon bleiben nur 23 W/m², durch Wolkenabsorption, in der Atmosphäre). Das ist die Netto-Abstrahlung des Bodens. Die übrige Wärmeabfuhr erfolgt materie-gebunden.

Und übrigens, Herr J.E., es geht bei den betrachteten 2 plan-parallelen Strahlern Erdboden und untere Atmosphäre ausschließlich um Wärmestrahlung. Die Sonnenstrahlung hat hier nichts zu suchen (Mail vom 21.9.). Das eben bedeutet die übliche Leichtfertigkeit, Sonnenstrahlung und Wärme(rück)strahlung einfach zu addieren und als gleichwertig anzunehmen, obwohl die zugrunde liegenden Temperaturen völlig verschieden sind, was z. Bsp. zu einer völlig unterschiedlichen Eindringtiefe in den Ozeanen führt. Bei mir kompensieren sich selbstverständlich nur Wärmestrahlungen, und diese sind vergleichbar, wenn auch vielleicht nicht ganz gleich.

Ich bestreite nicht, dass die (geringere) Abstrahlung beim Satellitentrichter im 15 µm-Bereich vom CO2 i.w. auf Tropopausenhöhe stammt und dass jegliche Emission (oben) kühlend wirkt. Ihrerseits liegt da aber ein Missverständnis vor, denn diese Emission ist *nicht zusätzlich*. Angenommen, es wäre *kein*CO2 in der Atmosphäre, so wäre dort auch kein Satellitentrichter und die IR-Abstrahlung wäre im 15 µm-Bereich deutlich höher, nämlich bis zur durchgehenden Planck-Kurve. Daraus folgt, wovon ja auch alle Fachleute und Modellierer ausgehen, dass CO2 einen Teil der IR-Abstrahlung *zurückhält*.

Das sind (oben) etwa 27 W/m². Die Zurückhaltung wirkt ähnlich wie eine Wärmedämmung - das dürften Sie wohl kaum bestreiten. Und Wärmedämmung eines beheizten Körpers bewirkt eine Erhöhung seiner Temperatur ("Wärmestau") - auch das dürften Sie wohl kaum bestreiten... 

*Diese Diskussion wurde abgebrochen, im Zusammenhang mit nachfolgendem kurzen Mailwechsel:

- R.T. an Brune und alle Fachkollegen, 22.9., leider als einziger und ausdrücklicher inhaltlicher Bezug zu Brune an J.E. vom 21.9.:  Muss jetzt mal bei E-May bestellen. Ne neue Video-Karte.

- Brune an R.T., 22.9.: ...mit dieser Mail haben Sie sich außerhalb jeder seriösen wissenschaftlichen Diskussion gestellt. Ich möchte von Ihnen nie wieder eine Mail erhalten; bitte streichen Sie mich aus Ihrem Verteiler.

*Dann Nachtrag; ohne Kommentar meinerseits, da der Dialog für sich selbst spricht und auch ansonsten alles zur Sache bereits gesagt worden ist:

Bei Durchsicht meiner Emails stieß ich auf obigen Text, den Sie am 21.9. an Herrn J.E. schickten. Hier sehe ich ein fundamentales strahlungsphysikalisches Missverständnis, das unbedingt kommentiert werden muss.

Am 20.9. schrieb ich Ihnen bereits, dass es Ihr Fehler ist, dass Sie die Gegenstrahlung mit der Abstrahlung verrechnen und die G(egenstrahlung) damit auslöschen anstatt diese zur Heizleistung zu addieren (Hokuspokus und weg ist der TE!), obwohl elektromagnetische Wellen sich bekanntlich unabhängig voneinander ausbreiten und sich überlagern. Dass eine Auslöschung *nicht* stattfindet, hat doch bereits das Projektor-Spiegelexperiment von Herrn Kegel bewiesen.

Angenommen Sie leben in der Mitte zwischen Frankfurt und Köln und beide Städte hätten gleich starke Fernsehsender. Sie glauben doch wohl nicht im Ernst, dass sich die Wellen beider Sender auslöschen. Nein, Sie können beide Sender in voller Stärke empfangen!!

Auch Ihre zweite Aussage beruht auf einem Irrtum. Im offenen Fenster - bei klarem Himmel ohne von der Atmosphäre (THG) beeinflusst zu werden - würde der 390 W/m² (!) entsprechende Anteil der Bodenabstrahlung ins All entweichen. Die Temperaturfernmessung eines Satelliten würde +15 Grad ergeben, wenn er den entspechenden Wellenlängenbereich der Planck-Kurve auswertet, den der 288 K warme Boden nach S-B abstrahlt. Ihre Vermutung dass nur eine Strahlung entsprechend 63 W/m² herauskommt (was einer Temperatur von -90 Grad entspricht), ist völlig absurd.

Wenn Sie nämlich das real gemessene Satellitentrichter-Spektrum (richtig) integrieren, kommen Sie insgesamt auf 240 W/m². Dazu müssen Sie die Strahlungsdichte (bezogen auf Steradiant) mit Pi multiplizieren und alle Balken (jeweils mit der Balkenhöhe und Balkenbreite in Wellen/cm multipliziert) aufaddieren.

*J.E. an P.D./Brune, 23.9.:

Er darf das sogar verrechnen - aber nur richtig. Wenn er im Wellenlängenbereich der Gegenstrahlung die Gegenstrahlung verrechnet, dann darf er die übrige Leistung nur als Abstrahlung in dem übrigen Wellenlängenbereich sehen. Wenn man aber in einem schmaleren Wellenlängenbereich die gleiche Leistung abstrahlt, wie in einem breiteren Wellenlängenbereich, dann muß die Temperatur entsprechend steigen.

Beide Rechenverfahren liefern das Gleiche - aber mit der Addition der Gegenstrahlung ist es einfacher.

Aber das Rechenverfahren Brune (Unterschlagen der Abstrahlung im Bereich der Gegenstrahlung) ist falsch, denn wenn ich die Abstrahlung mit der Gegenstrahlung verrechne, muß ich umgekehrt auch die Gegenstrahlung mit der Abstrahlung verrechnen. 

Herr Brune darf also - in dem Wellenlängenbereich der Gegenstrahlung - diese von der Abstrahlung (und damit von der Heizleistung) subtrahieren. Genau das ist FALSCH - abgesehen davon unterschlägt er nicht (G=0), er *subtrahiert* G sogar. Die Gegenstrahlung (selbst wenn sie vermeintlich "kälter" ist) muss zur Heizleistung *addiert* werden und erhöht im Gleichgewicht somit auch die Abstrahlung...

© by Wolfgang Brune, 2011

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