Vorlesung 4

Question 1

Warum ist der Himmel blau und Wolken weiß?

Answer 1

Streuung an Luftmolekülen: Rayleigh-Streuung
• Wellenlängenabhängigkeit
-> kürzere (z.B. blaue) Wellenlängen werden stärker gestreut als
längere (z.B. rote)
-> “Streulicht” blau, direkte Sonnenstrahlung “rötlicher”
Streuung an Aerosolen und Dunst: Mie-Streuung
• geringe Wellenlängenabhängigkeit  weiß

Question 2

Wirkungen der langwelligen Strahlung

Answer 2

• Lufttemperatur in der Nacht: trockene, wolkenlose Nächte besonders kalt
• starke Abnahme der Lufttemperatur, wenn E groß  Nebelbildung (bei
Luftfeuchte 100 %)
• Tau- und Reifbildung
• Bodeninversion
• Bestandsklima
• Biergarten
• Treibhauseffekt

Question 3

Strahlungsbilanzgleichung:

Answer 3

S = KW + LW
= (I + H) (1 – α) + E + A
Globalstrahlung:
G = I + H
KW = G + R
LW = E + A
Reflexion:
R = -α * G =>
KW = G + R = G(1 - α) = (I + H)(1 - α)

Question 4

Strahlungsbilanz an unterschiedlichen Teilen der Erde:

Answer 4

Am Außenrand der Atmosphäre ist die Strahlungsbilanz der Erde Null, in der
Tropenzone positiv, in der Polarzone negativ (ab ca. 40° Breite)

Question 5

zwischen welchen Medien kommen Ausgleichsströme vor?

Answer 5

Luft und Wasser

Question 6

Was existiert zwischen dem Äquator und den Polen, was resultiert daraus und wo ist es am höchsten?

Answer 6

Ein Energiegefälle und daher einen Energiefluss. Dieser ist in den Mittelbreiten am höchsten.

Question 7

Treibhausgase, deren Konzentration in der Atmosphäre und deren relativer Effekt auf die Temperatur:

Answer 7

H2O,        1-4 %,        20,6 °C 62 %
CO2,       400 ppm,  7,2 °C 22 %
Ozon,      0,03 ppm, 2,4 °C 7 %
N2O,       0,33 ppm,  1,4 °C 4 %
Methan,   1,80 ppm,  0,8 °C 2,5 %
andere,                      0,6 °C 2,5 %

Question 8

Durch welche drei Prozesse wird in der Atmosphäre Energie transportiert? Wie werden diese aufgeteilt?

Answer 8

-Strahlung = nicht materiegebunden,
-materiegebunden=
- molekulare Wärmeleitung an den Grenzflächen,
- Transport durch thermische, dynmamische und
mechanische Turbulenz

Question 9

Fakten zum Energiehaushalt

Answer 9

• Strahlungsbilanz Rn tagsüber positiv, nachts negativ
-> tagsüber Energieüberschuß, nachts Energiedefizit
• Umsatz der kurzwelligen Strahlung in Wärme erfolgt nicht in der
Atmosphäre selbst, sondern am Erdboden
• Mechanismen, die Energie abschöpfen bzw. in andere Energieformen
umwandeln, sind:
– Erwärmung von Boden/Wasser
– Erwärmung von Luft
– Verdunstung von Wasser
– nachts Abkühlung bzw. Kondensation durch Tau, Nebel, Reif

Question 10

Energiehaushaltsgleichung einer Oberfläche

Answer 10

• Rn + B + V + L = 0 oder Rn = B + V + L (mit B, V, L negativ)
(nur vertikale Ströme, + Energietransport zur Oberfläche hin, - weg,
Summe = 0, da Erdoberfläche math. Fläche ohne Wärmekapazität)
B = Bodenwärmestrom
L = fühlbarer Wärmestrom (sensibler Wärmestrom, auch: H)
V = latenter Wärmestrom (Verdunstung, auch: E)
Rn = Strahlungsbilanz (=Q)
• weitere Energiestöme, z.B. in der Forst- und Agrarmeteorologie:
Assimilatswärmestrom K
Pflanzenwärmestrom P (P>K)

Question 11

Zusammenhang zwischen Wärmeleitung und Molekularabstand

Answer 11

Je enger der Kontakt
zwischen den Molekülen,
desto höher ist die
molekulare Wärmeleitung

Question 12

Wie kann der Fluss von Energie oder Materie ausgedrückt werden?

Answer 12

analog zum Ohmschen Gesetz als:
Fluss = Leitfähigkeit * Potentialgradient.
-> Molekularer Wärmefluss = molekulare Wärmeleitfähigkeit * Temperaturunterschied ∆T

Question 13

Definitionen der Wärmekapazität und der Spezifischen Wärme:

Answer 13

Wärmekapazität (J/(kg K)) :
Verhältnis der aufgenommenen
Energie zur Erwärmungsrate
Spezifische Wärme (W/(m K)):
Wärmekapazität pro Masse