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Seminararbeit / Hausarbeit

Geheimni­sse des Erd-Stra­hlungsha­ushalts: Fesselnd­e Insights in Ihrer Seminara­rbeit

1.643 Wörter / ~8 Seiten sternsternsternsternstern_0.25 Autor Johannes Z. im Okt. 2011
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Dokumenttyp

Seminararbeit
Geowissenschaften

Universität, Schule

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel - CAU

Note, Lehrer, Jahr

2011, Sterr

Autor / Copyright
Johannes Z. ©
Metadaten
Preis 2.00
Format: pdf
Größe: 0.10 Mb
Ohne Kopierschutz
Bewertung
sternsternsternsternstern_0.25
ID# 10078







Hausarbeit

Strahlungshaushalt der Erde


im Begleitseminar Physische Geographie 1


Wintersemester 10/11


bei


Dr. Gunilla Kaiser


Erklärung zur Prüfungsfähigkeit und zur selbständigen Erarbeitung


Hiermit erkläre ich gemäß §9 Abs. 6 PVO, dass ich prüfungsfähig bin und gemäß §9 Abs. 7 PVO, dass ich meine Arbeit selbständig verfasst, keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt und in keinem anderen Prüfungsverfahren eingereicht habe.

Insbesondere die allgemein gültigen Zitierregeln für wissenschaftliches Arbeiten habe ich befolgt.


Datum: Unterschrift: .


Inhaltsverzeichnis:


  • Deckblatt
  • Erklärung zur Prüfungsfähigkeit und selbstständigen Erarbeitung
  • Inhaltsverzeichnis
  • Einleitung
  • Aufbau der Atmosphäre
  • Regionale und jahreszeitliche Differenzierung
  • Energiebilanz des Strahlungshaushalts
  • Quellen- und Literaturverzeichnis



Einleitung


Eine der wichtigsten Energiequellen dieser Erde ist die Sonne mit ihrer Strahlung. Diese kurzwellige Strahlung macht mit Hilfe unserer Atmosphäre und dem Treibhauseffekt das Leben auf unserer Erde möglich. In dieser Hausarbeit werde ich anhand des Aufbaus der Atmosphäre die Durchlässigkeit für Solarstrahlung erläutern und auf die unterschiedliche Insolation abhängig von Regionen und Jahreszeiten eingehen.

Abschließend folgen die Strahlungsbilanz und die Gefahr einer Verschiebung der Strahlungsbalance durch anthropogene Einflüsse.


Aufbau der Atmosphäre


Der Aufbau der Atmosphäre ist grundlegend für das Insolationsverhalten der Sonne. Der Begriff Insolation beschreibt „den Empfang kurzwelliger Sonnenenergie auf einer ungeschützten Oberfläche“ (Strahler und Strahler, 3. Auflage, 2005, S. 59).


Die Atmosphäre besteht aus mehreren Schichten und lässt sich auch als Stockwerkbau bezeichnen.

Der erdnächste Abschnitt heißt Troposphäre und reicht von der Erdoberfläche bis zur Tropopause in einer Höhe von circa 12 Kilometern Höhe. Die Temperatur nimmt dabei stetig von durchschnittlich 15°Celsius auf der Erde bis auf -75° Celsius ab.

Erst im Bereich der sich in der Stratosphäre befindenden Ozonschicht in einer Höhe von circa 25 bis 50 Kilometern Höhe steigt die Temperatur bis auf 10° Celsius an. Das lässt sich dadurch erklären, dass durch die oberen Schichten eintreffende Ultraviolette Strahlung von dem dort vorhandenen Ozon absorbiert wird.

Durch die UV-Strahlung kommt es zu einem dauerhaften Zerfall des Ozons in das Sauerstoffmolekül O2 und das Sauerstoffatom O und den erneuten Aufbau zu O3. Durch diese Molekülbewegung wird Energie in Form von Wärme freigesetzt.

Es folgt die Stratopause und die Temperatur fällt während der Durchquerung der Mesosphäre und der Mesopause bei einer Höhe von 90 Kilometern Höhe wieder auf -80°Celsius. Die anschließende Thermosphäre reicht bis zu einer Höhe von circa 250 Kilometern Höhe und die Temperatur steigt .....[Volltext lesen]

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Die Strahlung der Sonne, die am äußeren Rand der Atmosphäre senkrecht eintrifft, besitzt einen Energiegehalt von 1360 W/m² und wird als Solarkonstante bezeichnet.


Sonnenstrahlen, die senkrecht auf eine Oberfläche eintreffen, versorgen aufgrund des Winkels eine geringere Fläche mit Energie, als schräg einfallende Sonnenstrahlen. Die kleinere Fläche erhält also eine höhere Energiekonzentration. Bei schräg einfallenden Sonnenstrahlen bietet sich aufgrund des Winkels, sowie der vermehrten Oberfläche eine höhere Möglichkeit zur Reflektion.


Die Reflektion entspricht der Albedo. Sie stellt das Verhältnis von reflektierter zur gesamt einfallenden Sonnenstrahlung dar.


Entscheidend für den Strahlungshaushalt ist also der Stand der Sonne und somit die Jahres- und Tageszeiten.

Relevant für die Jahreszeiten ist die Umlaufbahn der Erde um die Sonne.

Zum Sommersolstitium (am 21.06.eines Jahres) ist die Nordhalbkugel der Sonne zugewandt. Hier herrscht Sommer. Sechs Monate später ist es genau entgegengesetzt. Zum Wintersolstitium (am 22.12. eines Jahres) ist die Südhalbkugel der Sonne zugeneigt. Nun herrscht Winter auf der Nordhalbkugel.

Entsprechend der Jahreszeit steht die Sonne im Sommer relativ lange am Horizont. Es liegt eine hohe Insolationsdauer und somit einer hoher Energiefluss vor. Im Winter hingegen ist die Tageszeit kürzer, somit sind die Insolationsdauer und der Energiefluss geringer.


Es gibt zwei weitere Ereignisse. Das Frühjahräquinoktium am 21. März und das Herbstäqui.....

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Helle Oberflächen wie z.B. Schnee, Eis und Sand reflektieren die Sonnenstrahlen sehr gut und führen dadurch zu einer hohen Albedo. Dunkle Oberflächen wie z.B. Wald und Meer absorbieren die Sonnenstrahlen hingegen, es wird wenig reflektiert, dadurch ist die Albedo geringer.

Folglich wird auf der Nordhalbkugel mehr Sonnenstrahlung reflektiert als auf der Südhalbkugel.



Energiebilanz


Von der einfallenden Strahlung der Sonne geht viel Energie bereits durch Reflektion und Absorption durch die Atmosphäre, wie bereits beschrieben verloren.

Von 100 Prozent der Strahlungsenergie werden insgesamt 68 Prozent absorbiert, 15 Prozent durch Moleküle und Staubpartikel, drei Prozent durch Wolken und 50 Prozent durch die Erdoberfläche. Die Albedo hingegen beträgt 32 Prozent. 21 Prozent werden von den Wolken reflektiert, sechs Prozent von der Erdoberfläche und fünf Prozent gehen durch Streuung (Ablenkung der Strahlen durch Gasmoleküle) und diffuse Reflektion durch Staub und Wolkenpartikel dauerhaft ans Weltall verloren (Strahler, 1973, S.61).

Absorption und Reflektion sind somit abhäng.....

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77 Prozent, die von der Erdoberfläche absorbiert wird. Daraus erklärt sich eine Prozentzahl von 137 emittierter langwelliger Strahlung durch die Atmosphäre.

Von 98 Prozent langwelliger, von der Erdoberfläche ausgehende Strahlung, gehen 8 Prozent direkt ans Weltall verloren. 90 Prozent werden von der Atmosphäre absorbiert. Da 77 Prozent durch „Gegenstrahlung“ von der Atmosphäre gewonnen werden, verbleiben der Erdoberfläche eine Nettoausstrahlung von 21 Prozent und ein Nettogewinn von 13 Prozent.

Es nehmen noch zwei weitere Geschehen Einfluss auf die Wärmeübertragung von Erdoberfläche zur Atmosphäre. Durch Luftbewegung und Winde wird fühlbare Wärme (9 Prozent) und durch Verdunstung (besonders über Wasserflächen), in Form von Wasserdampf, latente Wärme nach oben geleitet (20 Prozent).18 Prozent kurzwelliger Strahlung werden von der Atmosphäre direkt von der Sonne absorbiert.

Somit beträgt die Ausstrahlung von der Atmosphäre zum Weltraum 60 Prozent. (Strahler, 1973, S.61)


Eine Gefahr für die Balance des Strahlungshaushalts ist die Verstärkung der genannten „Decke“ durch den steigenden CO2- Gehalt durch anthropogene Einflüsse (anthropogener Treibhauseffekt). Diese „Decke“ erlaubt den Eintritt kurzwelliger Strahlung, gestaltet den Austritt langwelliger Strahlung jedoch schwierig.

Die Strahlungsbilanz wäre nicht mehr ausgeglichen. Dadurch erwärmt sich die Erdoberfläche und führt zu Landschaftsveränderungen und ein verändertes Strahlungsverhalten. Das Abschmelzen der Eisflächen verringert helle Oberfläche für die Albedo, bietet jedoch als Wassermassen mehr Geleg.....

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