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Das Strahlungsbilanz der Erde ist eine Übersicht über eingehende Sonnenstrahlung und abgehend terrestrische Strahlung. Hinzu kommt ein relativ geringer Wärmestrom aus dem Erdinneren. Über einen längeren Zeitraum betrachtet ist das Ganze im Gleichgewicht. Wäre dies nicht der Fall, würde die Erde ständig wärmer oder kälter. Über einen kurzen Zeitraum betrachtet ist die Strahlungsbilanz nicht immer gleich Null. Es ist auch immer ungleichmäßig über die Erde verteilt: In Gebieten, in denen es Nacht ist, ist es negativ, und Gebiete, in denen es Tag ist, ist es oft positiv.
Die meisten Prozesse, die auf der Erdoberfläche ablaufen, bekommen ihre Energie aus dem Wärmeaustausch zwischen den Boden und der Atmosphäre über. Viele von diesen Wärme ergibt sich aus Strahlungsenergie Als ein Resultat aus Absorption von Sonnenlicht. Die aufgenommene Energie wird verwendet, um die Atmosphäre zu erwärmen, Wasser zu verdampfen, die Erdoberfläche zu erwärmen und viele andere Prozesse.
Kurzwellige Strahlung
Die kurzwellige Sonnenstrahlung dringt nach außen in die Atmosphäre ein. Die Energiemenge, die außerhalb der Atmosphäre eindringt, wird als Heet bezeichnet Solarkonstante und schwankt um 1368 W/m2. Während der Reise des Sonnenlichts durch die Atmosphäre nimmt die Energiemenge aufgrund von Absorption, Streuung und Reflexion.
Mehr als 25 % der verfügbaren Sonnenstrahlung wird zurück ins All reflektiert oder von Staubpartikeln und Wolken gestreut, bevor sie den Boden erreicht. Die atmosphärischen Gase absorbieren nur 19% des Sonnenlichts, das außerhalb der Atmosphäre verfügbar ist. 51 % der Energie der direkten und diffusen Sonnenstrahlung wird von der Erdoberfläche absorbiert.
Die direkte Sonneneinstrahlung (so) ist kurzwellige Strahlung, die die Atmosphäre nahezu ungehindert durchdringen kann. Diffuse Strahlung (d) ist kurzwellige Strahlung, die von Gasen in der Atmosphäre gestreut wird. Streuung ist ein Prozess, bei dem ein Sonnenstrahl in viele schwächere Strahlen aufgespalten und in andere Richtungen gestreut wird. so und d bilden zusammen die gesamte einfallende Sonnenstrahlung (kIm). Im Vergleich: kIm = S D
Ein Teil der einfallenden Sonnenstrahlung wird von der Erdoberfläche absorbiert und ein anderer Teil reflektiert. Der Anteil des von der Erdoberfläche reflektierten Lichts beträgt albedo (ein). Die Werte der Albedo reichen von 0 für keine Reflexion bis 1 für vollständige Reflexion des Sonnenlichts durch die Erdoberfläche. Die Albedo von grünem Gras beträgt etwa 0,23, die von Schnee mehr als 0,87.
Die Reflektion (k) wird im Vergleich: kRefl = (SD) a Der Reflexionsgrad hängt von der Farbe der Oberfläche ab: Dunkle Oberflächen reflektieren weniger Licht als hellere. Bei Wasser ist auch der Einfallswinkel wichtig: Ein tiefer Sonnenstand führt zu einer stärkeren Reflexion. Das Netto-Kurzwellenstrahlung ist die Differenz zwischen ein- und ausgehender kurzwelliger Strahlung, ausgedrückt als: kNetz= KIm - KRefl = (SD) - (SD) a = (SD)(1-a).
Tagsüber ist die kNetz positiv, weil die einfallende Strahlung immer größer ist als die ausgehende. Nachts jedoch die kNetzNull.
Langwellige Strahlung
Die von der Erde aufgenommene Energie wird als langwellige Wärmestrahlung (lvon). Seine Größe hängt in erster Linie von der Temperatur von der Oberfläche: Je höher diese Temperatur, desto mehr Wärme wird abgestrahlt. Die atmosphärischen Gase absorbieren die langwellige Wärmestrahlung relativ leicht. Ein Teil der absorbierten Wärme wird als langwellige atmosphärische Rückstrahlung zur Erde zurückgesendet (lret). Diese Rückstrahlung hält die Oberflächentemperaturen höher, als sie es ohne diese sogenannte Gasdecke wären. Dieser Effekt ist als . bekannt Treibhauseffekt. Der Unterschied zwischen ein- und ausgehender langwelliger Strahlung ist der Netto-Langwellenstrahlung, ausgedrückt als: lGerade = Lret - Lvon Alle Strahlungskomponenten zusammen ergeben die Strahlungsbilanz: Q= KIm lret - KRefl - Lvon.
Die Strahlungsbilanz kann positiv, negativ oder null sein. Es ist positiv, wenn mehr Energie reinkommt als rausgeht. Dies ist normalerweise tagsüber der Fall, wenn die Sonne scheint und es am wärmsten ist. Nachts ist die Strahlungsbilanz aufgrund des fehlenden Sonnenlichts meist negativ, während die Erde noch Wärmestrahlung abgibt.