Rückkopplungen Wolken

Rückkopplungen Schema einer Rückkopplung Rückkopplungs-schleife Zustandsvariable Anfängliche Störung

Rückkopplungen

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Rückkopplungen

Temperaturprofile im Strahlungs-Konvektions-Gleichgewicht Wichtige Faktoren: Wasserdampf Kohlendioxid Ozon Aerosole Oberflächenalbedo Wolken

Berechnete Temperaturprofile für das Strahlungsgleichgewicht sowie für thermische Gleichgewichte mit vertikalen Temperaturgradienten von 9.8 und 6.5°C km-1[Abbildung 3.16 aus Hartmann (1994)]

Thermische Gleichgewichtsprofile für eine wolkenlose Atmosphäre (a) nur mit Wasserdampf, (b) mit Wasserdampf und Kohlendioxid sowie (c) mit Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon [Abbildung 3.17 aus Hartmann (1994)]

Wolken und Strahlung Wolken bestehen entweder aus flüssigem Wasser oder Eis Wolkentröpchen rufen Mie-Streuung hervor wirksam in der Reflexion solarer (kurzwelliger) Strahlung Wasser absorbiert langwellige (und etwas kurzwellige) Strahlung sehr wirksam in der Absorption terrestrischer (langwelliger) Strahlung

Wolken und kurzwelliger Strahlungstransport Cloud Type SW reflectivity SW absorbtivity % of area high (cirrus) 0.21 0.005 0.228 medium (cumulus) 0.48 0.020 0.090 low (stratus) 0.69 0.035 0.313 Schätzwerte für das kurzwellige Reflexions- und Absorptionsvermögen von Wolken und den Bedeckungsgrad, die in das Model von Manabe und Strickler (1964) eingehen [Tabelle 3.2 aus Hartmann 1994]

Abhängigkeit (a) der Wolkenalbedo und (b) des Wolkenabsorptionsvermögens vom Gesamtwassergehalt (“Dicke”) einer Wolke. Werte in Prozent [Abbildung 3.13 aus Hartmann 1994]

Abhängigkeit der Wolkenalbedo von der Größe der Wolkentröpchen [Abbildung 3.14 aus Hartmann 1994]

Wolken und langwelliger Strahlungstransport Abhängigkeit des Emssionsvermögens vom (a) Flüssigwassergehalt und (b) Eisgehalt [Abbildung 3.15 aus Hartmann 1994]

Wolkentypen

Ein einfaches Modell für den Netto-Strahlungseffekt der Bewölkung Linien gleicher Änderung in der Netto-Strahlungsbilanz am Außenrand der Atmosphäre hervorgerufen durch Wolken, abgetragen gegen die Höhe des Oberrands der Wolken und die Änderung der planetaren Albedo [Abbildung 3.20 aus Hartmann (1994)].

Temperatur am Oberrand, für die der Nettoeffekt der Wolken auf die Strahlungsbilanz verschwindet: Temperatur am Oberrand der Wolken Höhe des Oberrands der Wolken Einstrahlung, im Fall der planetaren Energiebilanz Albedoänderung durch Bewölkung

Entsprechende Höhe der Wolken unter Annahme einer festen Temperaturabnahme mit der Höhe: Temperatur am Oberrand der Wolken Oberflächentemperatur Höhe des Oberrands der Wolken Temperaturabnahme mit der Höhe („lapse rate“)

Beobachtete Rolle der Wolken in der Energiebilanz der Erde Mittlere Bedingungen (W/m2) Wolkenlose Bedingungen Wolkenantrieb LW emittiert 234 266 +31 KW absorbiert 239 288 -48 Netto +5 +22 -17 Albedo 30% 15% +15% Strahlungsantrieb der Wolken: Führen Wolken im heutigen Klima zu einer Verstärkung oder zu einer Abschwächung der Netto-Einstrahlung? [Tabelle 3.3 aus Hartmann 1994]

Wolken-Rückkopplung Niedrige Wolken beeinflussen die kurzwellige Strahlung (durch ihre Albedo), hohe Wolken hingegen die langwellige Ausstrahlung (Stocker 2003).

Wolken-Rückkopplung Eine Zunahme der Bewölkung um 10% hat den gleichen Effekt wie eine Verdoppelung des CO2-Gehalts

Gesamtbewölkungsgrad im Jahresmittel International Satellite Cloud Climatology Project

Bewölkungsgrad hoher Wolken Druck am Oberrand niedriger als 440 hPa International Satellite Cloud Climatology Project

Bewölkungsgrad niedriger Wolken Druck am Oberrand höher als 680 hPa International Satellite Cloud Climatology Project

Momentaufnahme der Wolkenbedeckung

Beispiel für ein Bild aus dem Über der jadegrünen Laguna Verde steht eine einzelne Wolke. Es ist ein Altocumulus, der sich in einer Höhe zwischen 6000 und 7000 Meter befindet. Dieser präsentiert sich langgestreckt, mit glatten Ober- und Unterseiten und hat ein stromlinienförmiges linsen- oder mandelförmiges Erscheinungsbild (lenticularis). Die Überströmung der hier rund 6000 Meter hoch aufragenden Andenberge gibt Anlaß zur Entstehung dieser Wolke. Es werden Wellenbewegungen in der Strömung hervorgerufen, in deren aufsteigendem Ast sich solche lenticularis-Wolken ausbilden. Im Gegensatz zu anderen Wolken, die mit der Strömung verfrachtet werden, verändern zwar auch lenticularis-Wolken unentwegt ihre Form, bleiben aber stationär und werden durchströmt. Der Wind bläst kräftig aus Osten und erreicht selbst am Boden zumindest zeitweise Sturmstärke. In der freien Atmosphäre sind noch höhere Windgeschwindigkeiten anzunehmen. Die Temperatur beträgt hier in 4700 Meter Höhe tagsüber nur wenig über Null Grad C. Trotz hoher Windgeschwindigkeiten gelangen kaum Staubpartikel in die Luft, zudem ist die Luft sehr trocken, entsprechend exzellent die Sicht. © Copyright: Bernhard Mühr Beispiel für ein Bild aus dem „Karlsruher Wolkenatlas“ (www.wolkenatlas.de): Altocumulus, der sich in einer Höhe zwischen 6000 und 7000 befindet.