Strahlungsbilanz

Lexikon der Geographie: Strahlungsbilanz

StrahlungsbilanzStrahlungshaushalt, Differenz zwischen den Strahlungsflüssen, die das System Erde-Atmosphäre in Form kurzwelliger Strahlung von der Sonne empfängt und die das System Erde-Atmosphäre in Form langwelliger Strahlung wieder in den Weltraum abstrahlt. Setzt man den solaren Strahlungsenergiefluss an der Obergrenze der Atmosphäre von 340 W/m ², der sich wegen des Verhältnisses der Kreis- zur Kugeloberfläche durch Division der Solarkonstanten (1360 W/m ²) durch vier ergibt, gleich 100%, so lassen sich die prozentualen Anteile der mittleren globalen jährlichen Strahlungsbilanz aus der Abbildung ablesen. Nach neueren Satellitenmessungen werden rund 30% (nicht nur 24%) der kurzwelligen Sonnenstrahlung von der Atmosphäre und der Erdoberfläche ohne Arbeit im Klimasystem zu leisten, reflektiert (Albedo). 19% werden von der Atmosphäre, 51% von der Erdoberfläche absorbiert und in Wärme umgewandelt, davon 28% als direkte und 23% als diffuse Strahlung. 98% der von der Erdoberfläche absorbierten Strahlung wird in Form langwelliger Strahlung (infrarote terrestrische Strahlung) in die Atmosphäre abgestrahlt. Die in der Atmosphäre enthaltenen klimawirksamen Gase Wasserdampf, Kohlendioxid und andere Spurengase (Treibhauseffekt) absorbieren 92% der terrestrischen Strahlung und wandeln diese in Wärme um. 77% der absorbierten Energie werden durch die entstehende langwellige Wärmestrahlung in Form der atmosphärischen Gegenstrahlung wieder zur Erdoberfläche zurückgestrahlt. Der tatsächliche Wärmeverlust der Erdoberfläche beträgt deshalb nur 21% der einfallenden 51% kurzwelliger Strahlung. Die Erdoberfläche hat folglich einen Wärmegewinn von 30% der an der Obergrenze der Atmosphäre eingehenden 340 W/m ² zu verzeichnen (positive Strahlungsbilanz). Die Atmosphäre gewinnt einerseits im kurzwelligen Bereich die bereits erwähnten 19%, verliert aber durch langwellige Ausstrahlung nach oben und unten andererseits 49%. Sie erleidet folglich einen Wärmeverlust von 30% (negative Strahlungsbilanz). Der Energiegewinn der Erdoberfläche wird durch turbulente Flüsse – zu 7% in Form fühlbarer Wärme (Konvektion) und zu 23% in Form latenter Wärme (Verdunstung) – der Atmosphäre zum Ausgleich des Energieverlustes zugeführt. Diese Prozesse sichern im langjährigen Mittel das globale Strahlungsgleichgewicht (die Ausgewogenheit der Energieflüsse) des Systems Erde-Atmosphäre.

DKl

Strahlungsbilanz: Strahlungsbilanz: Prozentuale Anteile des global gemittelten kurz- und langwelligen Strahlungsenergieflusses im System Erde-Atmosphäre bezogen auf die an der Obergrenze der Atmosphäre eingehende kurzwellige Strahlung (340 W/m ²=100%). Die Bilanzen sind getrennt für die Obergrenze der Atmosphäre, die gesamte Atmosphäre und die Erdoberfläche sowohl für die kurz- wie auch für die langwellige Strahlung angegeben.

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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