das klimasystem und seine modellierung (05-3103) – andré paul energiehaushalt der erdoberfläche
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Das Klimasystem und seine Modellierung (05-3103) – André Paul
Energiehaushalt der Erdoberfläche
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DHSH ( )p r s a rc C U T T z
DELE ( )r s a rL C U q q z
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
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Oberfläche
Turbulente Wärmeflüsse
Atmosphäre
TA, qA
TS, qS
Ansatz z.B.: Flüsse proportional zu Temperatur- und Feuchtegradienten
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RHq
qRelative Luftfeuchtigkeit:
RHa s a s
qq q T T T
T
Spezifische Luftfeuchtigkeit in der Bezugshöhe ausgedrückt mit Hilfe der relativen Luftfeuchtigkeit:
1DELE 1 RH RH p
s e s a
cL C U q B T T
L
Fluss latenter Wärme, ausgedrückt in der Temperaturdifferenz und der relativen Luftfeuchtigkeit:
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Bowen-Verhältnis
Fluss fühlbarer Wärme
Fluss latenter Wärmeo
SHB
LE
Aufteilung zwischen den Flüssen fühlbarer und latenter Wärme:
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Gleichgewichts-Bowen-Verhältnis
1e
p
L qB
c T
Gleichgewichts-Bowen-Verhältnis:beschreibt wie die Aufteilung sich mit der Temperatur ändert, wenn Oberfläche und Luft mit Feuchtigkeit gesättigt sind.
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2( )
v
q Lq T
T R T
Änderungsrate der spezifischen Sättigungsfeuchtigkeit mit der Temperatur:
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Sättigungsfeuchte und Gleichgewichts-Bowen-Verhältnis als Funktion der Temperatur [Abbildung 4.10 aus Hartmann (1994)]
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Abhängigkeit der Energiebilanzkom-ponenten von der geographischen Breite
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Komponenten der Oberflächenenergiebilanz im Jahresmittel, abgetragen gegen die geographische Breite [Abbildung 4.11 aus Hartmann (1994), Daten von Sellers (1965) ), Daten von Sellers (1965)]
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Tagesgang der Oberflächenenergiebilanz
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Komponenten der Strahlungsbilanz für eine Wiese in Saskatchewan im Sommer [Abbildung 4.12 aus Hartmann (1994) , Daten von Ripley and Redmann (1965)]
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Komponenten des Oberflächen-energieflusses über den Ozeanen
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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
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SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)
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SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)
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SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)
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SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)
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SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)
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Der hydrologische Kreislauf
Literatur:
Hartmann, Kapitel 5
Dietrich et al., Kapitel 4
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Wasser, essentiell für Klima und Leben
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Evapotranspiration ~ 1 m Jahr-1
aus ISCCP-Daten
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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.
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Wasserumsatz auf der Erde in 103 km3 Jahr-1 [Abbildung 4.18 aus Dietrich et al. (1975)]
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Wasserbilanz
wg P D E f
wag P D E f
Oberflächenbilanz
Atmosphärische Bilanz
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Breitenabhängigkeit der Oberflächenwasserbilanz mit Verdunstung E, Niederschlag P und Abfluss f Abbildung 5.2 aus Hartmann (1994), Daten von Baumgartner und Reichel (1975)]
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[Tab
elle
5.2
aus
Har
tman
n (1
994)
]
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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.
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Niederschlag und Tau
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CMAP-Niederschlagskarte (Satelliten- und Stationsdaten)
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Verdunstung und Transpiration
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Einfluss der Vegetation auf Wasser- und Energieflüsse[Abbildung 5.5 aus Hartmann (1994)]
sogar drei Schichten
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Verdunstung von einer nassen Oberfläche
en air
1
1 1e
e e
BE E E
B B
en eo
1,sE R F G
L
air DE 1 RH .aE C U q
Verdunstungsrate, die nötig ist, den Energieumsatz durch Strahlung Rs, Wärmetransport Feo und Wärmespeicherung G auszugleichen:
Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf (“Verdunstungskapazität”):
Penman-Gleichung [siehe Hartmann (1994), Abschnitt 5.5.2, S. 125f]:
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Modellierung der Landwasserbilanz
• „Eimermodell“ für Regen und Schnee
[Abbildung 5.14 von McGuffie und Henderson-Sellers 1997]
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Jahresgang des Wasserhaushalts
• kann Teil einer Klimaklassifizierung sein
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Beispiel :
Israel,Orographie (m) (Sasse, 2004) und Karte des mittleren Jahresnieder-schlags für den Zeitraum 1951-1980(Zangvil et al., 2003)
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Durchschnittliche Regenmengen(Neuer Bibelatlas, Brockhaus, S. 14)
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Wetter und Klima in Palästina (Bethlehem)
http://www.southtravels.com/middleeast/palestine/weather.html
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Jährlicher Regenfall
Jährlicher Taufall
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Vegetationszonen des “Heiligen Landes”(Neuer Bibelatlas, Brockhaus, S. 17)
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Frohe Weihnachten und ein gutes neues Jahr!