Beleuchtungsverhältnisse und Strahlungshaushalt

Dieser Abschnitt behandelt die Faktoren, die die Verteilung der Sonneneinstrahlung auf der Erde beeinflussen, sowie den Strahlungs- und Wärmehaushalt des Planeten.

Die Beleuchtungsverhältnisse auf der Erde werden durch mehrere Faktoren bestimmt:

1. Neigungswinkel der Erdachse (23,5°)
2. Elliptische Umlaufbahn der Erde um die Sonne
3. Rotation der Erde um ihre eigene Achse
4. Kugelgestalt der Erde

Diese Faktoren beeinflussen die Sonnenscheindauer und den Einfallswinkel der Sonnenstrahlung, was zu den Jahreszeiten und unterschiedlichen Klimazonen führt.

Definition: Der Strahlungshaushalt beschreibt, was mit der einfallenden kurzwelligen Sonnenstrahlung und der abgegebenen langwelligen Wärmestrahlung der Erde und Atmosphäre geschieht.

Der Wärmehaushalt der Erde wird durch Beleuchtungsverhältnisse und Strahlungshaushalt bestimmt und umfasst verschiedene Energieflüsse:

• Wärmetransport durch Wind und Meeresströmungen
• Wärmeleitungsprozesse im Boden und in der Atmosphäre
• Energiefreisetzung oder -absorption bei Zustandsänderungen des Wassers

Vocabulary: Latenter Energietransport bezeichnet die Energieübertragung durch Phasenübergänge des Wassers, ohne dass sich dabei die Temperatur ändert.

Die Nettostrahlung in einem Gebiet muss durch verschiedene Prozesse ausgeglichen werden, wie Bodenspeicherung, konvektiver Transport oder Phasenübergänge des Wassers.

Stockwerkbau der Atmosphäre und Strahlung

Der erste Teil des Kurses befasst sich mit dem Aufbau der Erdatmosphäre und grundlegenden Strahlungsprozessen. Die Atmosphäre wird in verschiedene Schichten oder "Stockwerke" unterteilt, die sich in Temperatur und Zusammensetzung unterscheiden.

Definition: Der Stockwerkbau des Regenwaldes bezieht sich auf die vertikale Gliederung der Vegetation in tropischen Regenwäldern. In der Atmosphäre bezeichnet der Begriff die Unterteilung in verschiedene Höhenschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften.

Die wichtigsten atmosphärischen Schichten sind:

• Troposphäre (bis ca. 10 km Höhe)
• Stratosphäre (bis ca. 50 km)
• Mesosphäre (bis ca. 80 km)
• Thermosphäre (bis ca. 600 km)
• Exosphäre (über 600 km)

Highlight: In der Troposphäre, der untersten Schicht, nimmt die Temperatur mit der Höhe um etwa 6-10°C pro 1000 m ab. Dies ist für Wetterprozesse von entscheidender Bedeutung.

Der Kurs erklärt auch grundlegende Strahlungsprozesse:

• Kurzwellige Sonnenstrahlung durchdringt die Atmosphäre und wird vom Erdboden absorbiert.
• Die Erdoberfläche gibt langwellige Wärmestrahlung ab.
• Treibhausgase in der Atmosphäre absorbieren einen Teil dieser Wärmestrahlung.

Vocabulary: Strahlungsbilanz bezeichnet die Differenz zwischen eingehender Sonnenstrahlung und ausgehender Wärmestrahlung der Erde.

Diese Prozesse sind entscheidend für den Energiehaushalt der Erde und das globale Klima.

Atmosphärische Zirkulation und Passatkreislauf

Dieser Abschnitt behandelt die großräumigen Luftbewegungen in der Atmosphäre, insbesondere den Passatkreislauf, der eine wichtige Rolle im globalen Klimasystem spielt.

Die atmosphärische Zirkulation entsteht durch Unterschiede in der Sonneneinstrahlung zwischen Äquator und Polen:

• Am Äquator herrscht ein Energieüberschuss aufgrund des steilen Einfallswinkels der Sonnenstrahlen.
• In den Polregionen gibt es ein Energiedefizit wegen des flachen Einfallswinkels und des längeren Weges der Sonnenstrahlen durch die Atmosphäre.

Definition: Die atmosphärische Zirkulation beschreibt die großräumigen Bewegungen von Luftmassen in der Erdatmosphäre, die durch Temperatur- und Druckunterschiede angetrieben werden.

Der Passatkreislauf, auch Hadley-Zirkulation genannt, ist ein wichtiger Teil dieser globalen Zirkulation:

1. Warme Luft steigt am Äquator auf (Innertropische Konvergenzzone, ITC).
2. In der Höhe strömt die Luft polwärts (Antipassat).
3. In den Subtropen sinkt die abgekühlte Luft ab.
4. Am Boden strömt die Luft als Passatwinde zurück zum Äquator.

Vocabulary: Passatwinde sind beständige Winde, die in den Tropen wehen und Teil des globalen Windsystems sind. Sie wehen von den Subtropen Richtung Äquator.

Die Passatzirkulation hat wichtige Auswirkungen auf das Klima:

• Sie transportiert Energie von den Tropen in höhere Breiten.
• Sie beeinflusst die Niederschlagsverteilung in den Tropen und Subtropen.
• Sie trägt zur Entstehung von Wüsten in den Absinkgebieten der Subtropen bei.

Highlight: Die Corioliskraft, die durch die Erdrotation entsteht, beeinflusst die Richtung der Passatwinde. Auf der Nordhalbkugel wehen sie als Nordostpassate, auf der Südhalbkugel als Südostpassate.

Das Verständnis dieser globalen Windsysteme ist entscheidend für die Erklärung von Klimazonen und Wetterphänomenen wie dem Monsun oder tropischen Wirbelstürmen.