Energiehaushalt der Erdoberfläche

Präsentation zum Thema: "Energiehaushalt der Erdoberfläche"—  Präsentation transkript:

1 Energiehaushalt der Erdoberfläche
Das Klimasystem und seine Modellierung ( ) – André Paul

2 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

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

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

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

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

7 Änderungsrate der spezifischen Sättigungsfeuchtigkeit mit der Temperatur:

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

9 Abhängigkeit der Energiebilanzkom-ponenten von der geographischen Breite

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

11 Tagesgang der Oberflächenenergiebilanz

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

13 Komponenten des Oberflächen-energieflusses über den Ozeanen

14 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

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

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

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

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

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

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

21 Wasser, essentiell für Klima und Leben

22 Evapotranspiration ~ 1 m Jahr-1 aus ISCCP-Daten

23 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.

24 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)]

25 Wasserbilanz Oberflächenbilanz Atmosphärische Bilanz

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

27 [Tabelle 5.2 aus Hartmann (1994)]

28 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.

29 Niederschlag und Tau

30 CMAP-Niederschlagskarte (Satelliten- und Stationsdaten)

31 Verdunstung und Transpiration

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

33 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”):

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

35 Jahresgang des Wasserhaushalts
kann Teil einer Klimaklassifizierung sein

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

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

38 Wetter und Klima in Palästina (Bethlehem)

39 Jährlicher Regenfall Jährlicher Taufall

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

41 Frohe Weihnachten und ein gutes neues Jahr!