Jordens strålingsbudget

Ændring i soleksponering over tid

Den Jordens stråling budgettet er den vigtigste komponent i jordens energi budget . Over underområdet for strålingsbalancen, balanceres de forskellige husstørrelser beregningsmæssigt i en ligning, mens strålingsbudgettet også beskriver dem og viser deres indbyrdes forhold.

Strålingsbalance

Eksempel på en modelberegning fra 2009 for den gennemsnitlige årlige strålingsbalance på jorden for perioden marts 2000 til maj 2004. Beregningerne blev foretaget dels på baggrund af satellitdata ( CERES ) og dels på baggrund af antagelser ( hypoteser ) . Bredden på de brede pile angiver proportionerne af energistrømmen. En senere modelberegning fra 2013 viste et energioverskud på 0,6 W / m² med et usikkerhedsinterval på 0,2 til 1,0 W / m².

Den indfaldende solstråling er (overvejende) kortbølge, hvorfor denne formel også kaldes kortbølgeformet strålebalance ( ): ${\ displaystyle Q _ {\ mathrm {k}}}$

{\ displaystyle Q _ {\ mathrm {k}} = GR = D + HR = (1-a) G}

Med

${\ displaystyle G}$ = Global stråling
${\ displaystyle D}$ = direkte stråling
${\ displaystyle H}$ = diffus stråling (himmelstråling)
${\ displaystyle R}$ = Reflekteret stråling (indflydelse fra ozonlaget osv.)
${\ displaystyle a}$ = Albedo

Den jordens overflade udsender varmestråling ( infrarød ). Da denne stråling er langbølge, er denne formel også kendt som langbølges strålingsbalance ( ): ${\ displaystyle Q _ {\ mathrm {l}}}$

{\ displaystyle Q _ {\ mathrm {l}} = A _ {\ mathrm {E}} = A _ {\ mathrm {O}} -A _ {\ mathrm {G}}}

Med

${\ displaystyle A _ {\ mathrm {E}}}$ = effektiv karisma
${\ displaystyle A _ {\ mathrm {O}}}$ = Stråling af jordoverfladen (jordstråling)
${\ displaystyle A _ {\ mathrm {G}}}$ = Modstråling (indflydelse fra atmosfæriske gasser , aerosoler og skyer )

Fra de to formler for strålingsabsorption og strålingsoutput, dvs. for fortjeneste og tab, kan det nu bestemmes, hvor meget der er til rådighed i alt ( total strålingsbalance ( ), nettostråling ): ${\ displaystyle Q}$

{\ displaystyle Q = Q _ {\ mathrm {k}} -Q _ {\ mathrm {l}} = GR-A _ {\ mathrm {E}}}

Hændelse kortbølget solstråling	+342 watt pr. M ²
Reflekteret solstråling	−107 watt pr. M ²
Lang bølge stråling	−235 watt pr. M ²
Balance (effektiv energi - "input")	= ± 0 watt pr. M ²

Global værdi for strålingsbalance

Den effektive energibalance er næsten nul, fordi den skal udjævne til en værdi på lang sigt, forudsat at de astrofysiske rammebetingelser er stabile ( første lov om termodynamik på lukkede systemer), og derfor - i geologisk skala - resulterer i en stort set stabilt klima (global gennemsnitstemperatur). At det ikke nøjagtigt er nul er afgørende for klimaforandringerne generelt og specielt for den nuværende globale opvarmning .

Energien af den samlede solstråling, der falder på jorden over atmosfæren, er ca. 341,3 W / m². Denne værdi beregnes ud fra solskonstanten , som i gennemsnit er ca. 1367 W / m² over tid, og tager også højde for, at jordens overflade matematisk udsættes for solstråling kun 1/4 af en dag på grund af dens sfærisk form og rotation.

Strålingsbudget

Hændelsen på jordens atmosfære solstråling er drivhusgas (især ozon) i stratosfæren på grund af skydække og luftoxygen ( Rayleigh-spredning ) og jorden (især sne og vand) til 30% (101,9 W / m²) reflekteres direkte i rummet, hvilket svarer til en albedo på 0,30. De resterende 239,4 W / m² absorberes på forskellige måder: omkring 20% fra atmosfæren og 50% fra jordens overflade, hvor den omdannes til varme. Denne varme gives tilbage til luftkappen i overensstemmelse med reglerne for varmeledning gennem termisk stråling og konvektion . Hvis denne energi skulle udstråles uhindret ud i rummet, og hvis der ikke blev tilføjet yderligere solstråling på samme tid, ville gennemsnitstemperaturen på jordens overflade blive beregnet til -18 ° C, mens estimater faktisk er ca.

Forskellen på 32,8 ° C forklarer hovedsageligt drivhuseffekten . De såkaldte drivhusgasser i atmosfæren (især vanddamp og kuldioxid ) absorberer den udgående langbølge-varmestråling fra jorden og udsender den i alle retninger, også mod jordoverfladen. Som et resultat når kun en del af den strålende energi, der udsendes af jordoverfladen, direkte i rummet, så refleksionen fra atmosfæren svækker afkøling af jordoverfladen.

Disse tal gælder kun for jorden som helhed. Lokalt og regionalt afhænger forholdene af adskillige faktorer:

fra jordoverflades albedo - (f.eks. sne 40-90%, ørken 20-45%, skov 5-20%)
på ovennævnte indfaldsvinkel for solens stråler og varigheden af deres påvirkning
af skyer og fugtighed
varmetransport med vind , luftstratificering, havstrømme osv.
fra nærheden til vandet
eksponering og højde (negativ temperaturgradient i troposfæren)

Nogle af disse faktorer kan modelleres, men dette gælder ikke for alle faktorer, såsom dæmpningseffekter på bjerge eller uregelmæssig bevægelse af områder med lavt tryk . For gode prognoser kræver meteorologi ud over enorm computerkraft også et tæt globalt gitter med målte værdier på tværs af alle luftlag, hvilket i praksis har sine grænser.

Se også

Weblinks

Individuelle beviser

↑ Kevin E. Trenberth , John T. Fasullo, Jeffrey Kiehl: Jordens Global Energy budget . I: Bulletin of the American Meteorological Society . bånd 90 , nr. 3 , 2009, s. 311-324 , doi : 10.1175 / 2008BAMS2634.1 . , Fig. 1, s. 314.
↑ Martin Wild, Doris Folini, Christoph Schär, Norman Loeb, Ellsworth G. Dutton, Gert König-Langlo: Den globale energibalance fra en overflade perspektiv. I: Klimadynamik. 40, 2013, s. 3107, doi : 10.1007 / s00382-012-1569-8 , fig. 1, s. 3108, PDF .
↑ J. Lean, P. Pilewskie, T. Woods, V. George: SORCE har 4. årlige videnskabsteammøde. (PDF; 7,6 MB). I: Jordobservatøren. November - december 2006. bind 18, udgave 6. Grafik på s. 38.
↑ Veerabhadran Ramanathan et al: Cloud-Radiative Force and Climate: Resultater fra Earth Radiation Budget Experiment . I: Videnskab . 243, nr. 4887, 1989, s. 57-63. bibcode : 1989Sci ... 243 ... 57R . doi : 10.1126 / science.243.4887.57 . PMID 17780422 .

[1] Kevin E. Trenberth , John T. Fasullo, Jeffrey Kiehl: Jordens Global Energy budget . I: Bulletin of the American Meteorological Society . bånd 90 , nr. 3 , 2009, s. 311-324 , doi : 10.1175 / 2008BAMS2634.1 . , Fig. 1, s. 314.

[DOI10.1007/s00382-012-1569-8-2] Martin Wild, Doris Folini, Christoph Schär, Norman Loeb, Ellsworth G. Dutton, Gert König-Langlo: Den globale energibalance fra en overflade perspektiv. I: Klimadynamik. 40, 2013, s. 3107, doi : 10.1007 / s00382-012-1569-8 , fig. 1, s. 3108, PDF .

[3] J. Lean, P. Pilewskie, T. Woods, V. George: SORCE har 4. årlige videnskabsteammøde. (PDF; 7,6 MB). I: Jordobservatøren. November - december 2006. bind 18, udgave 6. Grafik på s. 38.

[4] Veerabhadran Ramanathan et al: Cloud-Radiative Force and Climate: Resultater fra Earth Radiation Budget Experiment . I: Videnskab . 243, nr. 4887, 1989, s. 57-63. bibcode : 1989Sci ... 243 ... 57R . doi : 10.1126 / science.243.4887.57 . PMID 17780422 .

Languages