Energiehaushalt der Erdoberfläche Das Klimasystem und seine Modellierung (05-3103) – André Paul

Flüsse fühlbarer und latenter Wärme in der atmosphärischen Grenzschicht Fluss fühlbarer Wärme: Fluss latenter Wärme: CDH und CDE: - Transportkoeffizienten für Temperatur und Luftfeuchtigkeit - nahezu konstant - hängen nur schwach von Oberflächenrauhigkeit, Dichteschichtung (durch Richardson-Zahl) und Bezugshöhe ab

Turbulente Wärmeflüsse Atmosphäre TA, qA TS, qS Oberfläche Ansatz z.B.: Flüsse proportional zu Temperatur- und Feuchtegradienten

Relative Luftfeuchtigkeit: Spezifische Luftfeuchtigkeit in der Bezugshöhe ausgedrückt mit Hilfe der relativen Luftfeuchtigkeit: Fluss latenter Wärme, ausgedrückt in der Temperaturdifferenz und der relativen Luftfeuchtigkeit:

Bowen-Verhältnis Aufteilung zwischen den Flüssen fühlbarer und latenter Wärme:

Gleichgewichts-Bowen-Verhältnis beschreibt wie die Aufteilung sich mit der Temperatur ändert, wenn Oberfläche und Luft mit Feuchtigkeit gesättigt sind.

Änderungsrate der spezifischen Sättigungsfeuchtigkeit mit der Temperatur:

Sättigungsfeuchte und Gleichgewichts-Bowen-Verhältnis als Funktion der Temperatur [Abbildung 4.10 aus Hartmann (1994)]

Abhängigkeit der Energiebilanzkom-ponenten von der geographischen Breite

Komponenten der Oberflächenenergiebilanz im Jahresmittel, abgetragen gegen die geographische Breite [Abbildung 4.11 aus Hartmann (1994), Daten von Sellers (1965) ), Daten von Sellers (1965)]

Tagesgang der Oberflächenenergiebilanz

Komponenten der Strahlungsbilanz für eine Wiese in Saskatchewan im Sommer [Abbildung 4.12 aus Hartmann (1994) , Daten von Ripley and Redmann (1965)]

Komponenten des Oberflächen-energieflusses über den Ozeanen

Jahresgang der Energiebilanz-komponenten für den Golfstrom (38°N, 71°W) [Abbildung 4.17 aus Hartmann (1994)] Warmes Wasser und kalte, trockene Luft  hohe Verdunstung Wasser liefert selbst nötige Energie

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

Der hydrologische Kreislauf Literatur: Hartmann, Kapitel 5 Dietrich et al., Kapitel 4

Wasser, essentiell für Klima und Leben

Evapotranspiration ~ 1 m Jahr-1 aus ISCCP-Daten

Schema der Wasserflüsse im globalen hydrologischen Kreislauf in cm Jahr-1 verteilt über die Land- oder Meeresoberfläche [Abbildung 5.1 aus Hartmann (1994)]. Die kleineren Werte für den atmosphärischen Transport bzw. den kontinentalen Abfluss beziehen sich auf die Meeresoberfläche.

Wasserumsatz auf der Erde in 103 km3 Jahr-1 [Abbildung 4 Wasserumsatz auf der Erde in 103 km3 Jahr-1 [Abbildung 4.18 aus Dietrich et al. (1975)]

Wasserbilanz Oberflächenbilanz Atmosphärische Bilanz

Breitenabhängigkeit der Oberflächenwasserbilanz mit Verdunstung E, Niederschlag P und Abfluss Df [Abbildung 5.2 aus Hartmann (1994), Daten von Baumgartner und Reichel (1975)]

[Tabelle 5.2 aus Hartmann (1994)]

Oberflächenspeicherung und Festlandssabfluss Oberflächennaher Boden und Grundwasser Ein feuchter Boden im Frühling und Wärme und Sonnenschein im Sommer machen viele Landgebiete in mittleren Breiten landwirtschaftlich produktiv.

Niederschlag und Tau

CMAP-Niederschlagskarte (Satelliten- und Stationsdaten)

Verdunstung und Transpiration

Einfluss der Vegetation auf Wasser- und Energieflüsse [Abbildung 5.5 aus Hartmann (1994)] sogar drei Schichten

Verdunstung von einer nassen Oberfläche Penman-Gleichung [siehe Hartmann (1994), Abschnitt 5.5.2, S. 125f]: Verdunstungsrate, die nötig ist, den Energieumsatz durch Strahlung Rs, Wärmetransport DFeo und Wärmespeicherung G auszugleichen: Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf (“Verdunstungskapazität”):

Modellierung der Landwasserbilanz „Eimermodell“ für Regen und Schnee [Abbildung 5.14 von McGuffie und Henderson-Sellers 1997]

Jahresgang des Wasserhaushalts kann Teil einer Klimaklassifizierung sein

Beispiel : Israel, Orographie (m) (Sasse, 2004) und Karte des mittleren Jahresnieder-schlags für den Zeitraum 1951-1980 (Zangvil et al., 2003)

Durchschnittliche Regenmengen (Neuer Bibelatlas, Brockhaus, S. 14)

Wetter und Klima in Palästina (Bethlehem) http://www.southtravels.com/middleeast/palestine/weather.html

Jährlicher Regenfall Jährlicher Taufall

Vegetationszonen des “Heiligen Landes” (Neuer Bibelatlas, Brockhaus, S. 17)

Frohe Weihnachten und ein gutes neues Jahr!