Diskussion:Lufttemperatur

Jahreszeitliche klimatische Schwankungen

• Intensität einer Punktquelle:

[...] Strahlt eine Punktquelle, beispielsweise eine Schallquelle, Energie in drei Dimensionen aus und gibt es keinen Energieverlust, dann fällt die Intensität mit dem Abstand r vom Objekt mit $1/r^{2}$ ab: [...]

• Bezüglich der Strahlungsintensität der Sonne steht - demgegenüber - in der de:WP (vgl. Jahreszeit#Allgemeines):

[...] Der im Jahresverlauf leicht veränderliche Abstand der Erde von der Sonne ist nicht die Ursache für die Jahreszeiten. Er macht lediglich die Südwinter etwas strenger und die Nordwinter etwas milder als sie bei kreisförmiger Erdbahn wären. Die Erde ist nämlich im Nordwinter an ihrem sonnennächsten Punkt (Perihel, ca. 3. Januar), während sie im Südwinter etwas weiter von der Sonne entfernt ist (Aphel, ca. 5. Juli). Stattdessen liegt der Grund für die Jahreszeiten im Winkel und der Dauer der Sonneneinstrahlung. Für Mitteldeutschland (geographische Breite 50°) beträgt der Winkel im Sommer 63,5° und die Sonnenscheindauer 16-17 Stunden, im Winter sind es hingegen 7-8 Stunden bei einem Winkel von 16,5°. [...]

Änderung der Sonnenstrahlungsleistung im Jahresverlauf	Jahreszeitlicher Temperaturverlauf
Juli (Minimum): Aphel = sonnenfernster Punkt der Planetenbahn Dezember (MAXIMUM): Perihel = sonnennächster Punkt der Planetenbahn. Datenpunkte: jeweils der 21. des Monats.	Kurvenverlauf berechnet auf Basis der von Jones et. al. publizierten Daten (Mittelwerte + Magnitude).

Erstaunlich ist, dass der - globale - Temperaturverlauf (vgl. Jones et al., a.a.O) anscheinend "phasenversetzt" (um eine halbe Schwingungsdauer) gegenüber der - infolge des variierenden Abstands der Erde zur Sonne - Änderung der Sonnenstrahlungsleistung P_A verläuft.

• FRAGE Nr.1: Wie ist dieser - scheinbare - Widerspruch (qualitativ sowie quantitativ) zu erklären (nämlich der anhand der Grafiken zu erkennende Sachverhalt, dass bei der globalen Lufttemperatur SAT_GLOBAL ein Maximum DANN zu verzeichnen ist, wenn bei der Sonnenstrahlungsleistung P_A ein Minimum auftritt) ?

--Sandra Burger 11:23, 7. Mär. 2010 (UTC)

Die NH erwärmt sich im Sommer stärker und kühlt sich im Winter stärker ab als die SH. Der Grund sind die größeren Landmassen auf der NH und die größeren Meeresoberflächen auf der SH. Durch den Land-Meer-Gegensatz wird die globale Mitteltemperatur stärker beeinflusst als durch die jahreszeitlichen Schwankungen der Solarstrahlung.

Dieter Kasang 26.3.2010, 20:55

Wir sprechen hier – ganz offensichtlich – über ein „Phänomen“ bzw. über einen Sachverhalt, den ich persönlich zu den „essentials“ zählen würde, wenn es um den Unterrichtsstoff „Klima“ geht. (Und wenn ich Dich korrigieren darf, denn die von Dir gewählte Formulierung ist ausgesprochen unpräzise – aus der Grafik ist mitnichten zu entnehmen, dass sich die Nordhalbkugel INSGESAMT im Nordsommer stärker erwärmen würde etc. pp. Vielmehr zeigt die Grafik von Jones et al. – lediglich (!) – die Lufttemperatur (engl.: Surface air temperature).

Allerdings blieb meine Frage unbeantwortet: wie erklärt die Klimaforschung (ganz konkret und Punkt für Punkt - Stichwörter: Absorption; Remission; Konvektion pp. Verdunstung) in einer naturwissenschaftlich nachvollziehbaren Art und Weise diesen – scheinbaren – Widerspruch? Denn es gilt ja bei konstanter Masse - grundsätzlich (zu beachten ist dies) - folgende physikalische Gesetzmäßigkeit: Δ E ~ Δ T Besten Gruß:. --Sandra Burger 07:02, 28. Mär. 2010 (UTC) P.S.: Um nur EIN (beliebtes) Beispiel aus der Physik zu nennen: ein - scheinbarer (!) - Widerspruch: das „Phänomen“ Eislaufen wird z. Bsp. hier (qualitativ) erklärt.

Als globale bzw. hemisphärische Mitteltemperatur wird die mittlere 'Lufttemperatur' aller Punkte bzw. realiter aller gemittelten Messpunkte in 2m Höhe über dem Land wie über dem Meer verstanden. Sie wird entscheidend durch die Temperaturschwankungen der Unterlage (Wasser, Boden...) bestimmt (daneben durch Luftmassenaustausch), die jahreszeitlich (und auch zwischen Tag und Nacht) bei Wasser deutlich geringer sind als bei Gestein o.ä. Warum das so ist, hängt mit dem Dipol des Wassermoleküls und mit der Konvektion der Ozeane zusammen (was ich im einzelnen hier aber nicht erklären möchte). Daher erwärmt sich die Luft über dem Land im Sommer stärker und kühlt sich im Winter stärker ab als über dem Meer (sichtbar auch im Unterschied zwischen maritimem und kontinentalem Klima), und die Sommer-Winter-Amplitude ist auf der NH ca. doppelt so groß wie auf der SH mit ihren viel größeren Wasserflächen. Dieser Effekt wirkt sich auf die globale Mitteltemperatur offensichtlich stärker aus als die jahreszeitlichen Schwankungen der Sonneneinstrahlung. Also der von dir angesprochene Widerspruch ist tatsächlich ein scheinbarer, da die Temperatur nicht nur durch die Solarstrahlung beeinflusst wird.

Dieter Kasang 28.3.2010, 15:26

ständig absorbierte Strahlungsleistung:
Die die Erde erreichenden 122.000 TW verteilen sich nach Schätzung im Mittel auf folgende vier Bereiche:
81.000 TW	Erwärmung von Festland- und Wasserflächen
41.000 TW	Verdunstung von Wasserflächen (Ozeane)
370 TW	Wind und Wellen (kinetische Energie)
40 TW	Photosynthese (CO2-Senke, O2-Quelle).
14 TW	Die von der Menschheit letztlich als „Abwärme“ produzierten 14 TW liegen im 0,1 Promille-Bereich der natürlichen absorbierten Sonnenstrahlungsleistung PA, die selbst im Jahr wegen der elliptischen Umlaufbahn mit ±3% schwankt.
Der heute geringe Photosynthese-Anteil ist auch ein Ausdruck der rückläufigen Bewaldung der Erde verglichen mit prähistorischen Zeiten. Wiederaufforstung sollte deshalb global überall Priorität haben (Fn.3). [...] Aus der Verdunstungsleistung von 41.000 TW lässt sich ein jährlicher Wassermengen-Transport in die Atmosphäre von MH2O = 560.000 · 109 t abschätzen. Diese Menge kommt nach Kondensation und Abgabe der Kondensationswärme in Niederschlägen wieder zu Boden und durch Abfluss über Gewässer zurück in die Ozeane. [...]
Quelle: Hans H. Brand, Klimawandel, Kohlendioxid und die Energiebilanz unserer Erde (PDF-Datei, 4 Seiten)
... TW	Weltenergiebedarf: 107.000 Tera-Wattstunden (TWh) pro Jahr
Max-Planck-Instituts für Meteorologie (Klima-FAQ): Ist die Abwärme der Menschen wichtig für das Klima?

Hallo Dieter, wäre es Dir unter Umständen möglich, zumindest einige wissenschaftliche Publikationen zu benennen (und ggf. zu verlinken), in denen der hier in Rede stehende Sachverhalt - en détail - erklärt wird? Ich persönlich finde es ein wenig "irritierend", dass in der Literatur zum Thema »Klima« und speziell zum Thema »Klimawandel« im Prinzip KEINE quantitativen Angaben darüber zu finden sind, wie groß bzw. gering der Anteil der Sonnenstrahlungsleistung ist (vgl. Tabelle), der zur Erwärmung der (bodennahen) Luft "erforderlich" ist.

• Vgl. hierzu: Spezifische Wärmekapazität von Luft

1. Die gesamte globale Luftmasse = rund 5,148 · 10¹⁵ t
2. Aus diesen Angaben lässt sich errechnen bzw. abschätzen, wie viel Energie benötigt wird,
   um die Temperatur der (gesamten !) globalen Luft-Masse um 1 °C zu erhöhen:
   = (isobar:) 1,43 · 10¹⁵ kWh = rund 1 500 Tera-Wattstunden (TWh)
3. Zum Vergleich:
   der Weltenergiebedarf beträgt: ca. 107.000 Tera-Wattstunden (TWh) pro Jahr.

Herzliche Grüße:. --Sandra Burger 08:33, 3. Apr. 2010 (UTC) P.S.: Frohe Ostern!

Hallo Sandra, die direkte Sonneneinstrahlung macht nur einen geringen Teil der Erwärmung der bodennnahen Luftschicht auf ca. 15 °C im globalen Mittel aus, nämlich 67 W/m² von 342 W/m², die die Erdatmosphäre insgesamt von der Sonne empfängt. Die restliche Erwärmung leisten die (durch die Einstrahlung erwärmte) Erdoberfläche und die Atmosphäre einschließlich natürlichem Treibhauseffekt. Näheres unter Strahlungshaushalt der Atmosphäre und Treibhauseffekt. Literatur: IPCC 2007, Chapter 1, FAQ 1.1; M. Latif: Klimawandel und Klimadynamik, UTB, Stuttgart 2009, 1.4 und 1.5.

Auch dir etwas verspätete Ostergrüße.

Dieter Kasang 4.4.2010, 18:33

Servus Dieter, noch einmal die Bitte: wäre es Dir unter Umständen möglich, zumindest einige wissenschaftliche Publikationen zu benennen (und ggf. zu verlinken), in denen der hier in Rede stehende Sachverhalt - en détail - erklärt wird?

Es geht mir insbesondere um die - nach wie vor unbeantwortete - FRAGE Nr.1:

• Wie ist dieser - scheinbare - Widerspruch (qualitativ sowie quantitativ) zu erklären (nämlich der anhand der Grafiken zu erkennende Sachverhalt, dass bei der globalen Lufttemperatur SAT_GLOBAL ein Maximum DANN zu verzeichnen ist, wenn bei der Sonnenstrahlungsleistung P_A ein Minimum auftritt) ?

Liebe Grüße:. --Sandra Burger 19:30, 12. Apr. 2010 (UTC)

Hallo, also Dieter hat bereits ausführlich die Gründe für diesen Sachverhalt dargestellt. Es handelt sich dabei um Lehrbuchwissen, da die Fakten dieses Phänomens wissenschaftlich erwiesen sind. Somit existiert keine aktuelle wissenschaftliche Publikation. Aber beispielsweise Stefan Rahmstorf und Hanns-Joachim Schnellnhuber erklären in ihrem Buch Der Klimawandel ausführlich die Wichtigkeit des Treibhauseffektes im Vergleich zur direkt einfallenden Sonnenstrahlung.(S.30ff) Gäbe es keinen Treibhauseffekt würde die Erde aufgrund der empfangenen Sonneneinstrahlung 242W/m² nach Berücksichtigung der Albedo nur eine mittlere Temperatur von -18°C. (Stefan-Boltzmann) Da sie aber im Mittel 15°C warm ist, resultieren die 33°C aus der Rückstrahlung der langwelligen Strahlung der Erde an der Atmosphäre. Sie erklären auch, dass die Venus eine 30fach höhere Durchschnittstemperatur hat als die Erde(96% CO2),obwohl 80% der einfallenden Sonnenstrahlung reflektiert wird. Dies unterstreicht die Wichtigkeit des Treibhauseffektes auf die Temperatur. In dem Lehrbuch Atmospheric Science von Wallace /Hobbs ist auch erklärt und grafisch dargestellt, dass die Temperaturdifferenz im Jahresgang zwischen Juli-Januar in kontinentalen Gebieten wie Sibirien oder Nordamerika bis zu 40°C beträgt, während sie in maritimen Klimazonen nur um 5-10°C im Jahresgang schwankt.(S.423ff) Denn der Ozean erwärmt sich nur sehr langsam bedingt durch die hohe spezifische Wärmekapazität von 4187J/Kkg, während Boden ca. eine spez. Wärmekapazität von 800J/kgK (Asphalt:920J/kgK) hat. Der Boden erwärmt sich somit stärker als das Wasser, somit ist die rückgestrahlte Strahlung der Erde energiereicher und der Treibhauseffekt sorgt für die Rückstrahlung. Aufgrund des unterschiedlichen Sonnenabstands schwankt die Solarkonstante im Jahresgang zwischen 1420W/m²(Aphel, Juli) und 1328 W/m² (Perihel, Januar).(Helmut Kraus, Die Atmosphäre der Erde,S.123)Da nur ein Viertel der Leistung die Atmosphärenobergrenze erreicht(siehe Strahlungsbilanz) beträgt die effektive Schwankung 24,5 W/m². Das macht allerdings im Vergleich zum Treibhauseffekt nur einen verschwindend geringen Anteil aus. Viele Grüße Christian W. 20:44, 22. Apr. 2010 (UTC)

Servus Christian, Du schreibst (ZITAT): "Dieter hat bereits ausführlich die Gründe für diesen Sachverhalt dargestellt." In seiner Antwort vom 28.3.2010, 15:26 schrieb Dieter (vgl. diff) hingegen:

Als globale bzw. hemisphärische Mitteltemperatur wird die mittlere 'Lufttemperatur' aller Punkte bzw. realiter aller gemittelten Messpunkte in 2m Höhe über dem Land wie über dem Meer verstanden. Sie wird entscheidend durch die Temperaturschwankungen der Unterlage (Wasser, Boden...) bestimmt (daneben durch Luftmassenaustausch), die jahreszeitlich (und auch zwischen Tag und Nacht) bei Wasser deutlich geringer sind als bei Gestein o.ä. Warum das so ist, hängt mit dem Dipol des Wassermoleküls und mit der Konvektion der Ozeane zusammen (was ich im einzelnen hier aber nicht erklären möchte). Daher erwärmt sich die Luft über dem Land im Sommer stärker und kühlt sich im Winter stärker ab als über dem Meer (sichtbar auch im Unterschied zwischen maritimem und kontinentalem Klima), und die Sommer-Winter-Amplitude ist auf der NH ca. doppelt so groß wie auf der SH mit ihren viel größeren Wasserflächen. Dieser Effekt wirkt sich auf die globale Mitteltemperatur offensichtlich stärker aus als die jahreszeitlichen Schwankungen der Sonneneinstrahlung. Also der von dir angesprochene Widerspruch ist tatsächlich ein scheinbarer, da die Temperatur nicht nur durch die Solarstrahlung beeinflusst wird.

Wenn es sich doch - wie Du schreibst - dabei um Lehrbuchwissen handelt (da die Fakten dieses Phänomens wissenschaftlich erwiesen sind), dann dürfte es doch kein Problem sein, meiner Bitte zu entsprechen, nämlich (siehe oben): zumindest einige wissenschaftliche Publikationen zu benennen (und ggf. zu verlinken), in denen der hier in Rede stehende Sachverhalt - en détail - erklärt wird. Darüber hinaus rege ich an, hier (im Bildungswiki "Klimawandel") eine Seite zu erstellen, die dieses Lehrbuchwissen in verständlicher Form aufbereitet. Herzliche Grüße:. --Sandra Burger 07:59, 15. Mai 2010 (UTC)

Hallo Sandra, tut mir leid, dass ich mich erst jetzt melde. Ich habe nun aus zwei Büchern von renommierten Klimaforschern Kapitel gefunden, die auf die thermische Trägheit des Ozeans eingehen und die differentielle Erwärmung infolge der Land-See-Verteilung erklären.

Mojib Latif: Klimawandel und Klimadynamik:Kapitel Physikalische Grundlagen/Klimasystem S.17-30. Abschnitt Ozean: hier geht Prof. Latif auf das dipolförmige Wassermolekül ein, was verantwortlich ist für die Dichteanomalie bei 4°C sowie die hohe Wärmekapazität, die für die thermische Trägheit verantwortlich ist. Somit ist ja klar, dass die von Ozean geprägten Landmassen einen gedämpften Temperaturjahresgang haben. Auf jeder Weltkarte kann man sehen, dass die Südhalbkugel von Ozean dominiert wird. Somit erklärt sich die differentielle Erwärmung von Land- und Meermassen und somit von Nord- und Südhalbkugel.

Eine zweite Quelle, in der der Sachverhalt dargestellt wird, ist das Buch "Wie bedroht sind die Ozeane?" von Stefan Rahmstorf und Katherine Richardson. In dem Kapitel Wie das Meer das Klima beeinflusst S. 43ff wird ebenfalls erklärt, dass der Ozean durch die hohe Wärmekapazität ein "Wärmepuffer" ist und die jahreszeitlichen Schwankungen im maritimen Klima deutlich geringer sind als jene des kontinentalen Klimas.

Ich hoffe, dass deine Frage nun hinreichend beantwortet ist, in jenen Büchern wird der Sachverhalt jedenfalls gut verständlich dargestellt. Mit freundlichen Grüßen --Christian Weder 16:00, 4. August 2010