Das Klimasystem und seine Modellierung (05-3103) – André Paul

Energiehaushalt der Erdoberfläche

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

Oberfläche

Turbulente Wärmeflüsse

Atmosphäre

TA, qA

TS, qS

Ansatz z.B.: Flüsse proportional zu Temperatur- und Feuchtegradienten

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:

Bowen-Verhältnis

Fluss fühlbarer Wärme

Fluss latenter Wärmeo

SHB

LE

Aufteilung zwischen den Flüssen fühlbarer und latenter Wärme:

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.

2( )

v

q Lq T

T R T

Änderungsrate der spezifischen Sättigungsfeuchtigkeit mit der Temperatur:

Sättigungsfeuchte und Gleichgewichts-Bowen-Verhältnis als Funktion der Temperatur [Abbildung 4.10 aus Hartmann (1994)]

Abhängigkeit der Energiebilanzkom-ponenten von der geographischen Breite

Komponenten der Oberflächenenergiebilanz im Jahresmittel, abgetragen gegen die geographische Breite [Abbildung 4.11 aus Hartmann (1994), Daten von Sellers (1965) ), Daten von Sellers (1965)]

Tagesgang der Oberflächenenergiebilanz

Komponenten der Strahlungsbilanz für eine Wiese in Saskatchewan im Sommer [Abbildung 4.12 aus Hartmann (1994) , Daten von Ripley and Redmann (1965)]

Komponenten des Oberflächen-energieflusses über den Ozeanen

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

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

SOC-Klimatologie (Daten von Grist and Josey, 2003)

Der hydrologische Kreislauf

Literatur:

Hartmann, Kapitel 5

Dietrich et al., Kapitel 4

Wasser, essentiell für Klima und Leben

Evapotranspiration ~ 1 m Jahr-1

aus ISCCP-Daten

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.

Wasserumsatz auf der Erde in 103 km3 Jahr-1 [Abbildung 4.18 aus Dietrich et al. (1975)]

Wasserbilanz

wg P D E f

wag P D E f

Oberflächenbilanz

Atmosphärische Bilanz

Breitenabhängigkeit der Oberflächenwasserbilanz mit Verdunstung E, Niederschlag P und Abfluss f Abbildung 5.2 aus Hartmann (1994), Daten von Baumgartner und Reichel (1975)]

[Tab

elle

5.2

aus

Har

tman

n (1

994)

]

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.

Niederschlag und Tau

CMAP-Niederschlagskarte (Satelliten- und Stationsdaten)

Verdunstung und Transpiration

Einfluss der Vegetation auf Wasser- und Energieflüsse[Abbildung 5.5 aus Hartmann (1994)]

sogar drei Schichten

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]:

Modellierung der Landwasserbilanz

• „Eimermodell“ für Regen und Schnee

[Abbildung 5.14 von McGuffie und Henderson-Sellers 1997]

Jahresgang des Wasserhaushalts

• kann Teil einer Klimaklassifizierung sein

Beispiel :

Israel,Orographie (m) (Sasse, 2004) und Karte des mittleren Jahresnieder-schlags für den Zeitraum 1951-1980(Zangvil et al., 2003)

Durchschnittliche Regenmengen(Neuer Bibelatlas, Brockhaus, S. 14)

Wetter und Klima in Palästina (Bethlehem)

http://www.southtravels.com/middleeast/palestine/weather.html

Jährlicher Regenfall

Jährlicher Taufall

Vegetationszonen des “Heiligen Landes”(Neuer Bibelatlas, Brockhaus, S. 17)

Frohe Weihnachten und ein gutes neues Jahr!