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*Brune
an Fachkollegen, 17.10.2011:
Bezüglich der
Schlussfolgerung gilt es … zu
beachten, dass ein Ergebnis, das 2 (oder auch mehr) Autoren in
etwa derselben Größe
erhalten, nicht automatisch richtig sein muss - wenn die Autoren
nämlich von
etwa denselben Grundvoraussetzungen an die Aufgabe herangehen. Diese
hat Herr P.D.
kürzlich noch einmal spezifiziert, indem er den
Treibhauseffekt als
"strahlungsphysikalischen Effekt" interpretierte. Genau darin liegt
das eigentliche Problem:
1. Da jeder Strahler entsprechend
seiner Temperatur
strahlt, handelt es sich bei der Betrachtung der Strahlung eines
bestimmten Emitters
(zum Beispiel modellhaft eines durchschnittlichen Elements der globalen
Erdoberfläche) immer um eine Nettostrahlung: Die
Abstrahlung ist immer
die Differenz von temperatur-bestimmter Strahlung und jeglicher
Gegenstrahlung,
die die Fläche erreicht. Also, wenn die Gegenstrahlung zum
Beispiel 333 W/m²
beträgt, kann die Erdoberfläche (Temperatur ca. 289
K) nur mit maximal 396 -
333 W/m² = 63 W/m² ausstrahlen. Auf diese Weise kann
folglich kein Treibhauseffekt
(als Differenz zwischen Bodenabstrahlung und Systemabstrahlung von Erde
und
Atmosphäre) formuliert werden; [er wäre immer
negativ].
2. Andererseits erzeugt jeder
adiabatische Aufstieg
von Luftpaketen, die von der Erdoberfläche erwärmt
werden, einen
Temperaturgradienten in der Atmosphäre (in Nähe des
Bodens warm, nach oben
immer kühler), der in einer bestimmten Höhe, bei
einer effektiven
Abstrahlungstemperatur, beendet ist, weil die inzwischen erreichte
geringe
Luftdichte dafür sorgt, dass der atmosphärische
"Strahlungskörper"
ins Weltall strahlt, ohne dass von dort
wieder [terrestrische] Wärmestrahlung
zurückkäme.
Damit kann ein atmosphärischer Temperatureffekt als
mathematisches Produkt des Temperaturgradienten
und der Abstrahlungshöhe definiert werden (beide
Größen hängen nur vom
Wassergehalt der Atmosphäre ab; zum Beispiel bei mittlerer
Feuchte Gradient 6,5
K/km und effektive Abstrahlungshöhe etwa 5,2 km).
Schlussfolgerung: Zumindest
wäre es sehr einseitig,
wie bisher meist geschehen, den Treibhauseffekt nur
als ein Strahlungsphänomen aufzufassen.
*Brune an P.D.,
20.10.2011:
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Ich komme nochmals auf Ihre Mail
vom 18.10.11 zurück. Dort schrieben Sie:
...>Dies wird allgemein als
TREIBHAUSEFFEKT bezeichnet.
> Ich glaube dass dieser Effekt im Prinzip/Modell nur durch
> Strahlungsphysik erklärbar ist, stimme Ihnen aber zu
daß er natürlich
> durch Thermodynamik der Atmosphäre
beeinflußt wird - z.B. bildet die
> Feuchtkonvektion einen (reduzierenden) Bypass zum
Strahlungstransport.
> Auch durch Adiabatik, lateralen Wärmetransport,
Verdunstung,
> Niederschläge sowie Tag/Nacht-Dynamik und Ozeane,
Wolken und
> Klimazonen (Tropen, Pole) ergeben sich zusätzliche
Einflüsse. Ich sehe
> aber mit unseren bescheidenen Mitteln keine
Möglichkeit, diese Dinge,
> die über eine grobe Abschätzung hinausgehen,
einigermaßen korrekt zu
> berechnen.
Auch an anderer Stelle haben Sie
darauf verwiesen, dass im Wesentlichen die Wärmeabfuhr
von
der Erdoberfläche auf dem Strahlungswege erfolgt und die
materie-gebundenen Wärmeströme
gewissermaßen nur ein wenig als Bypass wirken.
Dem ist m E. nicht so, wenn Sie nochmals die globale mittlere Energie-,
Leistungsbilanz an der Erdoberfläche
heranziehen:
*Wärmeabfuhr
materie-gebunden (mit Trenberth 2009) 98 W/m²
*Wärmeabfuhr durch direkte
Bodenabstrahlung ins All 40 W/m² (im IR-Strahlungsfenster)
*Wärmeabfuhr durch
Bodenabstrahlung, die in der Bewölkung absorbiert wird, 23
W/m² (im IR-Strahlungsfenster)
Nur 23 W/m² der gesamten
Wärmeabfuhr des Bodens in Höhe von 161 W/m²
erfolgt über Absorption von Strahlung in der
Atmosphäre - und nicht an CO2 oder
anderen Spurengasen, sondern an Wolken; das sind nur reichlich 14 %.
Damit wird ein Betrag von 98 + 23 = 121 W/m² auf einem Weg in
die Atmosphäre eingetragen, der nichts mit CO2
(oder anderen Spurengasen) zu tun hat. Hinzu kommt ein Betrag von 79
W/m² aus der Absorption von Sonnenstrahlung in der
Atmosphäre; macht zusammen 200 W/m², die in Summe
durch Erhöhung der inneren Energie von adiabatisch
aufsteigenden Luftpaketen in die Atmosphäre
eingetragen und dann oben abgestrahlt werden, wenn die
Atmosphärendichte so gering geworden ist, dass immer
mehr Wärmestrahlung von allen dazu fähigen Emittern
(aus unterschiedlichen Höhen, wozu man letztlich auch
die Abstrahlung des Bodens im Bereich des IR-Strahlungsfensters mit 40
W/m² rechnen kann) ohne Rückkehr ins All
abgestrahlt wird.
In diesen Betrachtungen spielt CO2 keine
Rolle -
außer natürlich 1. dass es zur
Abstrahlung ins All
beiträgt (aus einer sehr großen Höhe) und
2. dass es,
bei anwachsender Konzentration, mit hoher Wahrscheinlichkeit
zur
verbesserten Konvektion der Luft beiträgt. Strahlungseffekte
sind
wichtig in der Atmosphäre, jedoch nur an den beiden
postulierten Rändern der Atmosphäre (oben,
was schon
lange Zeit Bestandteil der Rechnungen ist, und nun wohl auch unten). An
beiden Rändern verlässt Strahlung die ansonsten
kompakte Atmosphäre, oben zur Kühlung des
gesamten Atmosphärensystems, unten, indem sie auf die
temperatur-bestimmte Bodenstrahlung, vermindert um die
Strahlung, die direkt im IR-Strahlungsfenster vom Erdboden
entweicht, trifft und sie kompensiert. Damit ist es gerade die
atmosphärische Gegenstrahlung, die auf Grund der
effektiven Atmosphärentemperatur der unteren
Atmosphärenschichten emittiert wird, die das Zustandekommen
eines TE auf dem Strahlungsweg verhindert.
[Herr
P.D., ich darf noch einmal zusammengefasst darauf verweisen, dass es
nach dem von mir vorgestellten Modell mit dem Unterrand der
Atmosphäre außerhalb der Wellenlängen des
IR-Strahlungsfensters so gut wie keine Durchstrahlung der
Atmosphäre mit Bodenwärmestrahlung gibt; und
innerhalb des
Fensters nur einen geringen Anteil (im Mittel die genannten
23 W/m²), und auch diese eben nicht in Wechselwirkung
mit CO2 und anderen Spurengasen, sondern mit
Wolken.]
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*J.E.
an Brune, 21.10.2011:
die
Atmosphäre ist zweigeteilt: oben die konvektionsarme
Stratosphäre wo
die Strahlungsverhältnisse temperaturbestimmend sind und unten
die
konvektionsreiche Troposphäre, wo die Gasdynamik den
Temperaturgradienten
bestimmt und die Strahlungsverhältnisse fast keinen
Einfluß haben.
Durch mehr CO2 nimmt die Dicke der
Stratosphäre ab, so daß die optische Dicke
der Stratosphäre trotz mehr CO2
fast konstant bleibt.
Dadurch nimmt die Dicke der Troposphäre zu - und wegen des
konstanten
Temperaturgradienten auch die Temperaturdifferenz über der
Troposphäre. Diese
Zunahme der Temperaturdifferenz verteilt sich zu ca. 1/4 auf die
Zunahme der
Oberflächentemperatur und zu ca. 3/4 auf die Abnahme der
Stratosphärentemperatur.
*Kurzer Standpunkt dazu,
23.10.2011:
[Ich habe die optische Dicke der Stratosphäre nicht untersucht.
Was ich jedoch sagen kann, ist, dass bei den von mir ausgewiesenen 200
W/m² effektiver Abstrahlung der Atmosphäre ins All
der aus
der Stratosphäre emittierte Anteil enthalten ist, so wie auch
in
den 79 W/m² Absorption von Sonnenstrahlung in der
Atmosphäre
der stratosphäreische Anteil enthalten ist.]
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by Wolfgang Brune, 2011
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