Meteorologie: Strahlung
Strahlung
BearbeitenDie in der Meteorologie relevante elektromagnetische Strahlung wird von Materie ausgesendet, weil diese warm ist. Dabei ist die Intensität als auch die spektrale Zusammensetzung der Strahlung, gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz, stark von der Temperatur, bei festen Körpern oder Flüssigkeiten von deren Oberflächentemperatur, abhängig. Für die Vorgänge in der Atmosphäre entscheidend ist die Bilanz zwischen der eingehenden solaren Strahlung und der von Erdoberfläche bzw. Atmosphäre ausgehenden terrestrischen Strahlung.
Solare Strahlung
BearbeitenAufgrund der hohen Oberflächentemperatur der Sonne (ca. 5.750 K, entsprechend 5.476,85°C) ist ihre Strahlung kurzwellig und energiereich. Ihre Aufteilung setzt sich folgendermaßen zusammen:
| ultraviolette Strahlung (UV) | 8% |
| sichtbare Strahlung (Licht) | 45.5% |
| infrarote Strahlung (IR) | 46.5% |
Die Sonnenstrahlung wird bei ihrem Durchgang durch die Atmosphäre gestreut, reflektiert oder absorbiert, so dass sich ihre spektrale Verteilung ändert. Die Absorption geschieht durch Wasserdampf, Kohlendioxid (absorbieren hauptsächlich im infraroten Bereich), Wolken und Ozon (absorbiert im ultravioletten Bereich). Gestreut wird die Sonnenstrahlung an Luftteilchen und Staubpartikel. Dabei geht aber relativ wenig Energie verloren. Die Reflexion schließlich geschieht direkt an der Erdoberfläche, und zwar reflektieren unterschiedlich farbige Oberflächen die Strahlung unterschiedlich (Wegen des unterschiedlichen Reflexionsvermögens sind sie auch verschiedenfarbig. Das Reflexionsvermögen hängt in Wirklichkeit mit dem unterschiedlichen Aufbau der Materie zusammen). Der Anteil der reflektierten an der einfallenden Strahlung nennt man Albedo. In der unteren Tabelle sind einige Albedos aufgelistet:
| Oberfläche | Albedo |
|---|---|
| Schnee | 45-95% |
| Gletschereis | 30-50% |
| Sand | 15- 55% |
| Wiesen | 12-30% |
| Wälder | 5-20% |
| dunkle Ackerböden | 7-10% |
| Wasser | 3-10% |
| Wolken im Mittel | ca.56% |
Insgesamt ergibt sich aus den verschiedenen Abschwächungen folgende Bilanz: Wenn 100% der Sonnenstrahlung die Atmosphäre erreicht, erreichen nur 31% direkte Strahlung die Erdoberfläche, und nur 29% nimmt die Erde auch auf. Insgesamt werden 31% ins All zurückreflektiert, direkt oder indirekt (Energiealbedo der Erde). Indirekt (man spricht von diffuser Strahlung) trifft 24% der Strahlung auf die Erdoberfläche. Insgesamt absorbiert die Erde 51% der Strahlung, und die Atmospähre 18%. All diese Strahlung wird in Wärme umgewandelt.
Terrestrische Strahlung
BearbeitenUnter terrestrischer Strahlung versteht man die langwellige Wärmestrahlung von der Atmosphäre und der Erde. Der grösste Teil der von der Erde abgestrahlten Wärme wird in der Atmosphäre absorbiert, nur ein geringer Teil gelangt ins All. Die Atmosphäre strahlt wiederum einen beträchtlichen Teil der absorbierten Strahlung wieder in Richtung Erde (Gegenstrahlung) und auch ins All.
Energie- und Strahlungsbilanz
BearbeitenDie Erde als ganzes hat einen im Mittel ausgeglichenen Strahlungshaushalt. Bis etwa 40° geographischer Breite überwiegt im Jahresmittel die Einstrahlung, in höheren Breiten die Ausstrahlung. Luft- und Meeresströmungen besorgen den Ausgleich. Die Strahlungsbilanz der Atmosphäre ist im Mittel negativ. Durch Konvektion und Kondensation von Wasserdampf wird Energie zugeführt.Die Strahlungbilanz der Erdoberfläche ist im Mittel positiv. Sie weist aber starke Tages- und Jahresschwankungen auf und wird von dem Albedo und variablen Bewölkungsverhältnissen beeinflusst. Diese Strahlungsbilanz entscheidet, ob Erdoberfläche oder bodennahe Luft erwärmt oder abkegühlt werden. Konkret: Bei einer neagtiven Bilanz wird die bodennahe Luft kühler, bei einer positiven Bilanz wärmer.