3. Klima und Klimawandel

Der Treibhauseffekt    (1/4)

In den Jahren 1951 bis 1980 betrug die über das Festland und die Ozeane gemittelte Temperatur der Erdoberfläche 14°C. Sie war in dieser Zeit recht stabil. Diese Periode wird daher in der Klimaforschung als klimatologischer Referenzzeitraum bezeichnet. Seither und bis heute beobachtet man einen Temperaturanstieg um etwa 1°C, der das Klima beeinflusst.

Oft hört oder liest man vom Treibhauseffekt als Ursache des bedrohlichen Klimawandels. Das ist nur ein Teil der Wahrheit. Wir können mit den bisher dargestellten Informationen abschätzen, welche Temperaturen es ohne den Treibhauseffekt gäbe; d.h., wenn es in der Atmosphäre keine Treibhausgase gäbe.

Die Sonnenstrahlung

Im ersten Schritt berechnen wir die von der Sonne erzeugte Strahlung. Die Strahlungstemperatur der Photosphäre ist T_rad,S = 5772 K. Nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz ist die spezifische Ausstrahlung der Sonnenoberfläche gleich

Jeder Quadratmeter der Sonne strahlt mit einer Leistung von ca. 63 MW! Mit dem Sonnenradius R_S = 700 000 km = 700·10⁶ m ergibt sich für die gesamte Sonnenoberfläche die Strahlungsleistung:

Gut, dass die Erde der Sonne nicht zu nahe kommt! Wie groß ist die Strahlung im Abstand der Erde?

Der mittlere Abstand der Erde zur Sonne ist 149 589 000 km, was als astronomische Einheit oder 1 AU bezeichnet wird; AU steht für astronomical unit. Legen wir um die Sonne eine gedachte Kugel mit diesem Radius und berechnen die Strahlung pro Quadratmeter auf der Kugeloberfläche, so haben wir die Strahlung pro Quadratmeter gefunden, die an der Erde ankommt. Hierfür teilen wir die Gesamtstrahlung der Sonne durch die Kugeloberfläche:

Sonne und Erde im Abstand 1 AU, der astronomischen Einheit. Die Sonne strahlt mit der Temperatur T_rad. Der Erdradius R_E und die Solarkonstante S sind ebenfalls angegeben.
Quelle: Rainer Reuter, Universität Oldenburg.

Die so berechneten 1378 W/m² kommen den früher grafisch abgeschätzten 1500 W/m² sehr nahe. Die Abweichung von der Solarkonstante S = 1361 W/m² ist nur etwa 1,2%. Im Weiteren benutzen wir den Wert der Solarkonstante.