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Infoblatt Strahlungshaushalt


Einführung in den Strahlungshaushalt der Erde



Strahlungshaushalt (Klett, Schaar)

Jährlich richten zahlreiche Stürme, vor allem in den tropischen und subtropischen Regionen der Erde, große Schäden an. Diese Stürme sind Luftmassenbewegungen, die dadurch ausgelöst werden, dass sich Luftmassen von Natur aus von kälteren in wärmere Regionen bewegen. Durch unterschiedlich starke Ein- und Ausstrahlungsverhältnisse auf dem Globus, die z. B. durch unterschiedliches Klima, Relief, Breitenkreislage und Vegetation verursacht werden, entstehen diese sog. Energiedefizit- und Energieüberschussgebiete, in denen die Einstrahlung durch die Sonne kleiner bzw. größer als die Ausstrahlung der Erde ist. Daraus wiederum resultieren die Antriebe aller Austauschmechanismen in der Luft und im Wasser, also Luft- und Meeresströmungen.



Energiebilanz in Abhängigkeit von der geographischen Breite (Klett)

Durch diese großflächigen Energiegefälle entstehen vertikale Wärmeströme, die zum weltweiten Temperaturausgleich und damit auch zum global betrachteten Ausgleich der Defizit- und Überschussgebiete führen. Das Verhältnis von Ein- und Ausstrahlung wird in der Strahlungsbilanz Q angegeben. Sie besteht aus sechs wesentlichen Strahlungsflüssen:
der Sonneneinstrahlung, dem Himmelslicht, der Reflexion der Globalstrahlung, der Ausstrahlung der Erde, der Gegenstrahlung und dem Reflexionsvermögen. Einfallende Strahlung wird mit einem + gekennzeichnet, ausgehende Strahlung wird subtrahiert.


Q = S + H - RK - A + G - RL



Auf ihrem Weg durch die Atmosphäre und bei ihrem Auftreffen auf eine Oberfläche wird die Sonnenstrahlung durch die drei Prozesse Reflexion, Absorption und Streuung modifiziert und geschwächt. Durchschnittlich 31 % der gesamten Sonneneinstrahlung (S) gelangen direkt, d. h. ohne gestreut zu werden, von der Sonne auf die Erdoberfläche. Das diffuse Himmelslicht (H) ist der Teil der Strahlung, der an den Wolken und Luftteilchen richtungslos zerstreut wird. Im Gegensatz zur direkten Sonneneinstrahlung kommt das diffuse Himmelslicht auch aus dem Schatten und durch Wolken hindurch. Durchschnittlich hat es einen Anteil an der Strahlungsbilanz von 22 %. Davon werden 6 % an den Luftteilchen in Richtung der Erdoberfläche gestreut und 16 % dringen durch Wolken zum Boden. Die Summe dieser beiden kurzwelligen Strahlungsströme ergibt die Globalstrahlung, welche bei bedecktem Himmel gleich dem diffusen Himmelslicht ist. Die Reflexion der Globalstrahlung (RK) wird auch als Albedo bezeichnet. Der Wert der Albedo, der in Prozent angegeben wird, ist abhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche, auf der die Strahlung ankommt. Je nach Farbe und Form der Erdoberfläche wird ein Teil der ankommenden Globalstrahlung sofort reflektiert, der andere Teil wird aufgenommen und trägt zur Erwärmung der Erdoberfläche bei. Die Reflexion ist umso stärker, je heller, trockener und ebener eine Fläche ist und beträgt im Durchschnitt für die Erde 30 %. Ebenso wie die Erdoberfläche hat auch die Unterseite der Wolken ein Reflexionsvermögen (RL). Der Wert der hier reflektierten Strahlung beträgt ungefähr 75 %. Bei starker Bewölkung kann die Strahlung also doppelt reflektiert werden: an der Erdoberfläche und an der Wolkenunterseite. Dagegen steht die langwellige Ausstrahlung der Erde (A). Sie ist abhängig von deren Temperatur. Je mehr Sonnenstrahlung an der Erdoberfläche aufgenommen wurde, also je kleiner die Albedo ist, desto mehr kann auch wieder abgegeben werden. Durchschnittlich werden 98 % abgegeben, wovon jedoch nur 7 % in den Weltraum gelangen. Der Rest wird an Wolken und anderen Luftpartikeln absorbiert oder von diesen reflektiert. Vor allem Wasserdampf und Kohlendioxid absorbieren bestimmte Wellenlängenbereiche der terrestrischen Ausstrahlung. Dadurch steigt der Energiegehalt der Teilchen und es kommt zur Ausstrahlung von den Partikeln. Diese wird als Gegenstrahlung (G) bezeichnet und macht einen Anteil der Einstrahlung von 78 % aus. Sie steigt mit wachsender Bewölkungsdichte, Wasserdampfgehalt und Luftverunreinigung.


Übersicht über die Albedowerte verschiedener Oberflächen

Oberfläche Albedo in % Oberfläche Albedo in %

System Erde-Atmosphäre 31 Erdoberfläche 15
Bewölkung 23 Neuschnee 75 - 95
Altschnee 40 - 70 Gletscher 20 - 45
Dunkler Boden 5 - 10 Sandboden 20 - 40
Gestein (Fels) 10 - 40 Steppe 20 - 30
Grasland 15 - 30 Siedlungen 15 - 20
Laub- und Mischwald 10 - 20 Ackerboden 5 - 20
Tropischer Regenwald 10 - 20 Nadelwald 5 - 12
Wasser bei hoch stehender Sonne 5 - 10 Wasser bei tief stehender Sonne 50 - 80




Quelle: Geographie Infothek
Autor: Matthias Forkel
Verlag: Klett
Ort: Leipzig
Quellendatum: 2012
Seite: www.klett.de
Bearbeitungsdatum: 02.05.2012
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