Atmosphärischer Strahlungstransport und Klima

Präsentation zum Thema: "Atmosphärischer Strahlungstransport und Klima"—  Präsentation transkript:

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

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
Einfache Beispiele: Zwei-Schichten-Modell: kabs = 0, e = 1 Planet X mit Treibhauseffekt: isotherme Atmosphäre der Temperatur TA über einer Oberfläche der Temperatur Ts mit kabs > 0 und e < 1.

4 e Tstrat Stratosphere e TSA 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.

5 Tstrat keine Tropopause Sprung zwischen oberflächennaher Lufttemperatur und Oberflächentemperatur T2 T1 TSA Ts Temperaturprofil des Zwei-Schichten-Modells für das Strahlungsgleichgewicht [Abbildung 3.11 aus Hartmann (1994)].

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

7 Das Strahlungsmodell MODTRAN

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 In enlang des Weges unter einem Winkel q durch eine Schicht der Dicke dz = Emission minus Absorption durch das Gas entlang des Weges:

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

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 CO2 bei einer Wellenzahl von 700 cm-1) 270 K: von der Erdoberfläche durch das atmosphärische Fenster

13 Absorption durch CO2 Kern der Absorption durch CO2 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 Ausgehende infrarote Strahlung am Erdboden: 290.9 W m-2
Atm. CO2-Konz. (ppm) Ausgehende infrarote Strahlung (TOA, W m-2) Durchgelassene infrarote Strahlung (%) 85.7 10 82.4 100 232.14 79.8 375 227.87 78.3 1000 77.2

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

17 Bandsättigung Kern der CO2-Bandes gesättigt, Ränder noch nicht
Energieflussdichte wächst nicht linear mit der CO2-Konzentration, sondern proportional zum Logarithmus der CO2-Konzentration