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Das Klimasystem und seine Modellierung (05-3103) – André Paul Atmosphärischer Strahlungstransport und Klima.

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Präsentation zum Thema: "Das Klimasystem und seine Modellierung (05-3103) – André Paul Atmosphärischer Strahlungstransport und Klima."—  Präsentation transkript:

1 Das Klimasystem und seine Modellierung ( ) – André Paul Atmosphärischer Strahlungstransport und Klima

2 Vorlesungsplan Atmosphärischer Strahlungstransport und Klima –Empirische Modelle für das Strahlungsgleichgewicht –Eindimensionale Strahlungs-Konvektions-Modelle –Rolle der Wolken Konzeptionelle Klimamodelle: Das Strahlungsmodell MODTRAN Konzeptionelle Klimamodelle: Strahlungs- Konvektions-Modelle

3 Empirische Modelle für das Strahlungsgleichgewicht Zwei-Schichten-Modell: k abs = 0, Planet X mit Treibhauseffekt: isotherme Atmosphäre der Temperatur T A über einer Oberfläche der Temperatur T s mit k abs > 0 und Einfache Beispiele:

4 Schema eines Zwei-Schichten-Modells für das Strahlungsgleichgewicht des Atmosphäre-Erdoberfläche- Systems mit den Strahlungsflüssen [Abbildung 3.10 aus Hartmann (1994)], ergänzt um dünne stratosphärische und oberflächennahe Luftschichten. Stratosphere T SA T strat

5 Temperaturprofil des Zwei-Schichten-Modells für das Strahlungsgleichgewicht [Abbildung 3.11 aus Hartmann (1994)]. keine Tropopause Sprung zwischen oberflächennaher Lufttemperatur und Oberflächentemperatur TsTs T SA T2T2 T1T1 T strat

6 Absorption von Sonneneinstrahlung in einem Ein-Schicht- Modell der Atmosphäre mit der Rate führt auf eine Oberflächentemperatur von Nur für k T e. Planet X mit Treibhauseffekt

7 Das Strahlungsmodell MODTRAN els/radiation.html

8 Weg nach oben gerichteter terrestrischer Strahlung durch eine planparallele Atmosphäre [Abbildung 3.8 aus Hartmann (1994)]. Atmosphärische Schicht

9 Gleichung für den langwelligen Strahlungstransport Änderung der Intensität I enlang des Weges unter einem Winkel durch eine Schicht der Dicke dz = Emission minus Absorption durch das Gas entlang des Weges:

10 Meeres- oder Landoberfläche von Oberfläche von Gasen unterhalb von z von Gasen oberhalb von z Beiträge zum langwelligen Strahlungstransport

11 Schwarzkörperstrahlung für Temperaturen von 300 k (ein heißer Sommertag) bis 220 K (Troposphäre in 10 km Höhe)

12 Das Spektrum der Strahlung, die die Erde verlässt, verläuft zwischen zwei Schwarzkörperspektren –220 K: von Treibhausgasen in der oberen Atmosphäre (z.B. den Biegeschwingungen von CO 2 bei einer Wellenzahl von 700 cm -1 ) –270 K: von der Erdoberfläche durch das atmosphärische Fenster

13 Absorption durch CO 2 Kern der Absorption durch CO 2 liegt im Bereich zwischen 600 und 800 cm -1 und folgt einem Schwarzkörperspektrum von 220 K.

14 Ist der Effekt einer Erhöhung der CO2- Konzentration heute (~375 ppm) um 5 ppm der gleiche wie während des letzten Glazials (CO2-Konzentration ~200 ppm)?

15 Atm. CO 2 -Konz. (ppm) Ausgehende infrarote Strahlung (TOA, W m -2 ) Durchgelassene infrarote Strahlung (%) Ausgehende infrarote Strahlung am Erdboden: W m -2

16 Ausgehende infrarote Strahlung am Oberrand der Atmosphäre als Funktion der atmosphärischen CO2-Konzentration

17 Bandsättigung Kern der CO 2 -Bandes gesättigt, Ränder noch nicht Energieflussdichte wächst nicht linear mit der CO 2 -Konzentration, sondern proportional zum Logarithmus der CO 2 - Konzentration


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