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Ausbreitung der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre und auf der Erdoberfläche

Ausbreitung der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre und auf der Erdoberfläche

Aufgrund der Eigenschaften der Erdatmosphäre erfährt die Sonnenstrahlung bestimmte Veränderungen, um sie zu durchdringen und die Oberfläche zu erreichen.

Im Durchschnitt erhält die Erde von der Sonne eine Sonneneinstrahlung von 1.366 W / m² (Solarkonstante), bezogen auf die Schwellen der Atmosphäre und der Ebene senkrecht zu den einfallenden Sonnenstrahlen. Daher muss berücksichtigt werden, dass die Sonnenstrahlung auf der Erde jeden Tag 1440 Minuten lang auf eine Kugelkappe trifft, was um 75% abnimmt.

Die Atmosphäre wiederum filtert die Sonnenstrahlen bis zu einem gewissen Grad, wie es jeder Körper tut, und verursacht:

  • Eine Reflexion und Rückstreuung der Strahlen aufgrund ihrer Albedo an den Wolken und atmosphärischen Gasen selbst.

  • Eine Absorption, die eine Temperaturerhöhung verursacht, wodurch sie nach dem Wienschen Gesetz in jede Richtung emittiert. Diese Absorption ist jedoch im sichtbaren Lichtband gering, was es transparent für direkte Sonnenstrahlung macht.

Etwa die Hälfte der Sonnenstrahlung durchdringt die Atmosphäre unverändert. Die Strahlung, die dies bewirkt, wird Nettostrahlung genannt. Die Hälfte der Nettostrahlung trägt letztlich zur Verdunstung von Wassermassen bei, daher beträgt die verfügbare Sonnenenergie etwa ein Viertel der insgesamt abgegebenen Energie.

Die Stratosphäre absorbiert dank der Ozonschicht ultraviolette Strahlen, die im 200-300-nm-Band enthalten sind. Die Troposphäre absorbiert Infrarotstrahlung dank Wasserdampf und CO2. Die Filterwirkung der Bänder im ultravioletten Wellenlängenbereich, die meist tödlich ist, ist für die Entwicklung des Lebens unerlässlich.

Was ist diffuse Sonnenstrahlung?

Diffuse Strahlung wird auch indirekte Strahlung genannt.

Diffuse Strahlung stellt den Anteil der Sonnenstrahlung dar, der durch Änderung des Einfallswinkels auf mindestens ein Teilchen atmosphärischer Gase trifft und dennoch den Boden erreicht, weil er auf ihn gerichtet ist.

Erhöht sich bei bewölktem Himmel relativ zum Gesamtwert. Für die blaue Farbe des Himmels ist insbesondere die Rayleigh-Streuung des Blauanteils der Sonnenstrahlung verantwortlich. Ein Teil der diffusen Strahlung gelangt zurück in den Weltraum.

Was ist einfallende Sonnenstrahlung?

Einfallende Sonnenstrahlung ist die Strahlung, die auf ein Hindernis gestoßen ist, an das sie ihre Energie ganz oder teilweise abgegeben hat. Energie, die die Erdoberfläche nicht erreicht, gilt als ausgestorben und besteht aus reemittierter, reflektierter und in den Weltraum zurückgestreuter Strahlung.

Nach dem Lambertschen Gesetz ist die Strahlungsmenge, die auf die Einheitsfläche trifft, proportional zum Kosinus des Einfallswinkels.

Die maximale Menge an einfallender Sonnenstrahlung wird bei senkrechtem Einfall erreicht, da der Winkel zunimmt, nimmt sowohl die von der gleichen Strahlungsmenge betroffene Oberfläche als auch die Dicke der von dieser durchquerten Atmosphäre zu. Dies erzeugt die täglichen, jährlichen und Breitenschwankungen der Sonneneinstrahlung.

Was ist reflektierte Sonnenstrahlung?

Reflektierte Sonnenstrahlung ist der Teil der einfallenden Sonnenstrahlung, der aufgrund des Albedo-Effekts von der Erdoberfläche reflektiert wird.

Die Albedo ist der Reflexionskoeffizient c. Werte von c liegen im Allgemeinen zwischen 0 und 1 oder werden in Prozent ausgedrückt. Sie ergibt sich aus der Beziehung zwischen der von einer Oberfläche reflektierten Strahlungsenergie in Bezug auf die einfallende Energie. Die Erde hat einen Durchschnittswert von 40% (c = 0,4). Auf der Albedo-Höhe der Erde addieren wir die von atmosphärischen Partikeln in den Weltraum reflektierten Strahlungen.

Was ist absorbierte Sonnenstrahlung?

Nach Abzug aller Verluste durch Reflexion und Rückstreuung an der Atmosphäre und der Erdoberfläche wird die verbleibende einfallende Sonnenstrahlung von der Erdoberfläche absorbiert und trägt somit variabel zu deren Erwärmung bei .

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Erscheinungsdatum: 8. Juli 2021
Geändert am: 8. Juli 2021