Diskussionen über Temperaturinversionen haben jedoch gelegentlich eine respektvollere Debatte mit kritischen Denkern ausgelöst. Die meisten Menschen haben in „Frostlöchern“ Ventilatoren bemerkt, die in Obstplantagen und Weinbergen aufgestellt wurden, und sind daher daran interessiert, warum sie funktionieren. Ventilatoren vermischen gefrierende Luftschichten an der Oberfläche, die sich nachts im Frühjahr bilden können und Blüten und Früchte schädigen, mit wärmeren Luftschichten weiter oben. Sie ziehen einfach die wärmeren Luftschichten von oben nach unten an die Oberfläche und erhöhen so die Tiefsttemperaturen. Aber warum gibt es diese wärmere Luftschicht?
Während des Tages absorbiert die Erdoberfläche sowohl die Sonnenstrahlung als auch die von den Treibhausgasen nach unten abgegebene Infrarotwärme. Da sie diese Energie schneller absorbiert, als sie Infrarotwärme zurück in den Weltraum abstrahlen kann, erwärmt sich die Oberfläche. Allerdings erwärmt das Sonnenlicht die untere Atmosphäre (auch Troposphäre genannt) nicht direkt. Stickstoff, Sauerstoff und Argon machen ~ 99% unserer Atmosphäre aus und sind für die einfallende Sonnenenergie transparent. Darüber hinaus absorbieren diese Gase im Gegensatz zu den Treibhausgasen weder Infrarotenergie noch geben sie diese ab. Die Troposphäre erwärmt sich in erster Linie, indem sie durch Zusammenstöße mit der erwärmten Erdoberfläche Energie gewinnt. Während des Tages liegt die wärmste Luftschicht am nächsten an der erwärmten Oberfläche. Aufsteigende warme Luft verursacht turbulente Vermischung und Kollisionen mit kühlerer Luft darüber, die die Lufttemperaturen dort anhebt. Da sich die Luft jedoch beim Aufsteigen aufgrund des abnehmenden Luftdrucks abkühlt, ist die Erwärmung begrenzt.
Ohne solare Erwärmung kühlt die Erdoberfläche ab, indem sie mehr Infrarotwärme abgibt, als sie von der recycelten Wärme der Treibhausgase absorbiert, da die Treibhausgase nicht die gesamte abgegebene Wärme abfangen. „Atmosphärische Fenster“ lassen etwa 23 % der Oberflächenwärme direkt in den Weltraum entweichen, ohne recycelt zu werden. Die Luftschicht, die der Oberfläche am nächsten ist, kühlt dann ab, indem sie Wärme an die kältere Oberfläche abgibt. Höhere Luftschichten können jedoch nicht absinken und wieder mit der Oberfläche zusammenstoßen, es sei denn, sie verlieren ihre Wärme. Stickstoff, Sauerstoff und Argon können diese Energie jedoch nur abgeben, indem sie mit kühleren Treibhausgasen kollidieren, die ihre Energie absorbieren und die Hälfte wieder in Richtung Weltraum abgeben.
Da der Großteil unserer Atmosphäre nur durch die Abgabe von Wärme an Treibhausgase kühlt, bildet ein kleiner Prozentsatz an Treibhausgasen einen „Kühlungsstau“. Folglich kühlt die Atmosphäre langsamer ab als die feste Erde, die über atmosphärische Fenster schneller Energie verliert. Dieser Unterschied in den Abkühlungsraten erzeugt eine wärmere Luftschicht über der kühleren Oberflächenluft und wird als Temperaturinversion bezeichnet. Stellen Sie sich nun eine Welt ohne Treibhausgase vor. Ohne Treibhausgase können Stickstoff, Sauerstoff und Argon nicht genug Wärme zurück in den Weltraum verlieren und die Atmosphäre würde sich weiter erwärmen.
Außerhalb der Tropen bilden sich Inversionsschichten eher im Winter und Frühjahr. Während der reduzierten Sonneneinstrahlung im Winter speichert die Erdoberfläche weniger Wärme. Wo Menschen Kamine benutzen, um sich warm zu halten, werden Inversionsschichten durch aufsteigenden Rauch sichtbar, der plötzlich flach wird, wenn er auf die wärmere Luft darüber trifft. Ventilatoren funktionieren, indem sie wärmere Luftschichten nach unten ziehen, um sich mit kühleren Oberflächenschichten zu vermischen und so die Pflanzen vor dem Einfrieren zu schützen. In ähnlicher Weise kühlt die monatelange „Polarnacht“ die Oberflächen im Inneren der Antarktis auf bis zu -89,2 °C ab und erzeugt eine kontinentweite Inversionsschicht. Wenn periodisch überdurchschnittliche Oberflächentemperaturen gemeldet werden, ist dies oft das Ergebnis starker Winde, die wie ein Ventilator die Inversionsschicht der Antarktis abschwächen oder ganz beseitigen.
In den 1990er Jahren stellten Klimawissenschaftler fest, dass urbane Wärmeeffekte die Minimaltemperaturen um einige Grad anheben, nicht aber die Maximaltemperaturen. Solche Gebiete erwärmten sich nicht, sondern wurden weniger kalt. Das deutet darauf hin, dass die Verstädterung die lokalen Inversionsschichten unterbrochen hat. Die zunehmende Bedeckung des Landes mit wärmespeicherndem Asphalt und Beton verringert die Oberflächenkühlung. Die Beseitigung von Vegetation oder Nässe führt zu heißeren Oberflächen, die mehr Wärme speichern. Verkehr, hohe Gebäude oder Frostfächer stören die Oberflächenwinde, die wärmere Luft an die Oberfläche bringen. All diese Dynamiken erhöhen die Mindesttemperaturen und damit die Durchschnittstemperatur. Verschiedene lokale Störungen der Inversionsschichten können besser erklären, warum einige US-Wetterstationen Erwärmungstrends zeigen, während 36 % eine langfristige Abkühlung aufweisen.
Unsere Atmosphäre hat auch eine globale Inversionsschicht. Über der Troposphäre befindet sich die wärmere Stratosphäre, in der die Temperaturen aufgrund der Absorption der solaren UV-Strahlung mit der Höhe zunehmen. Da CO2 in einer wärmeren Stratosphäre schneller Infrarotstrahlung abgibt, als es diese aus der Troposphäre absorbiert, kühlt mehr CO2 die Stratosphäre ab. (Aus ähnlichen Gründen hat CO2 auch eine kühlende Wirkung in der Antarktis.) Außerdem bringen Gewitterwolken die enormen Wärmemengen, die im Wasserdampf gespeichert sind, an die Tropopause (= die Grenzschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre). Auch hier können wir sehen, wo die Wärmeinversion beginnt, wenn die Wolken nicht mehr aufsteigen und eine Ambossform an dieser Grenzschicht entwickeln. Da dort oben kaum noch Wasserdampf vorhanden ist, gehen die Wellenlängen der Infrarotwärme, die bei der Kondensation von Wasserdampf zu Flüssigkeit und Eis freigesetzt werden, größtenteils ungehindert in den Weltraum, ohne dass sie zur Erde zurückgeführt werden.
Würden diese Dynamiken besser verstanden, würden die Menschen eher über Klimakatastrophen-Narrative lachen, als der Paranoia zu erliegen.
Link: https://wattsupwiththat.com/2021/05/06/the-cooling-side-of-greenhouse-gases/
Übersetzt von Chris Frey EIKE
Anmerkung des Übersetzers: Die Erklärung der Entstehung von Inversionen ist fachlich nicht ganz gelungen. Weil hier aber ein künstlicher Erwärmungseffekt neben dem UHI beschrieben wird, ist der Beitrag hier übersetzt.
0,3 W/qm in 20 Jahren, sind das Rohdaten oder veröffentlichte? Mag sein, dass dies wegen der Erderwärmung zunahm, kann aber auch komplizierter sein, gibt es Veröffentlichungen dazu?
Carbon Dioxide, Science and Consensus:
https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/14/771/14771878.pdf
der Wissenstand hat sich noch nicht wirklich geändert.
Interessant auf Seite 444
Heute sieht man diese Abkühlung kaum noch in den Temperatur-Rekonstruktionen.
So die Erklärung ist einer Verdrängung gewichen.
Aber sie koennen natuerlich eine Arbeit heraussuchen, die eine Erklärung beinhaltet.
20. MAI 2021 UM 10:24
Ich frage dies, weil bei solchen Messungen über Jahrzehnte Instrumentendrift relevant werden kann. Die muß man rausrechnen.
Naja, wäre wohl etwas zu einfach. Bevor man nach Ursachen fragt ist der erste Test, ob der Trend überhaupt statistisch signifikant ist, sich also aus dem allgemeinen Rauschen raushebt. Dann ist die Frage, wie der räumlich verteilt ist. Dazu macht man typischerweise PCA. Die PC Karten der signifikanten Komponenten geben schon mal einen Eindruck über den Charakter der Klimaanomalie, z.B. ob es Telekonnektionen gibt oder so.
Aber solange es keine Untersuchung über die statistische Signifikanz des Beobachtungs-features vorliegt und eine temporäre Häufung von zufällig aufgetretenen Wetterlagen nicht ausgeschlossen werden kann, ist es eigentlich reine Spekulation und Spielerei. Mehr liefern die Artikel hier nicht, sonst wären sie ja wohl auch ordentlich wissenschaftlich veröffentlicht.
Warum sehen Sie sich die Tagesminima an, wenn es bei den Eisheiligen um Nachtfröste geht?
Beim angeblich globalen Klima fehlt jegliche Diskussion der statistischen Signifikanz und zusätzlich gibt es keine Angaben der natürlichen Variation. Im lokalen Klimageschehen ist die um eine Grössenordnung höher als die angebliche Erwärmung.
Sie können glauben, was Sie wollen. Evolution macht man heute schon im Reagenzglas.
Was haben Sie denn geraucht? Evolution wird nicht „gemacht“. Von wem denn? Warum nur bringen Sie alles durcheinander?
Gemach, seien Sie mal nicht so überheblich bei Themen, von denen Sie offenbar keine Ahnung haben.
Man nutzt die evolutionsbiologischen Faktoren Mutation und Selektion bei schnellreplizierenden Organismen wie Bakterien aus, z.B. für die Medikamentenentwicklung.
Was meinen Sie mit „Indoktrination Ihrerseits“ und wo ist hier konkret „Panikmache“? Ich habe gar nichts geschrieben, was nicht auch im Lehrbuch oder in wissenschaftlichen Publikationen zu finden wäre. Nur weil Sie etwas dazulernen, heißt das doch nicht, dass die vorherigen Informationen falsch sind oder sogar indoktriniert worden seien. Seien Sie bitte vorsichtig mit solchen Äußerungen. Wenn Sie sich bei der Wissenschaft schwertun, sind kaum andere daran schuld. Mir ist im übrigen unklar, was Ihr Problem konkret mit dem atmosphärischen Fenster ist. Das sieht man doch schon im Spektrum.
Leerbücher dieser Art sind bekannt.
Bekannt ist auch wer diese angeblichen „wissenschaftlichen“ Publikationen finanziert…
Wie kommen Sie denn darauf?
Eben, weil Ihr Gefühl physikalisch nicht gegeben ist.
Die haben Sie sich selbst gemacht. An was wollen Sie hier eigentlich appellieren? Dass man Leuten, die keine Ahnung haben, die Informationen vorenthalten soll, oder was? Wir leben nunmal in einer Welt, die komplex ist, und mit der wird jeder konkontiert und muss damit klarkommen. Nur halte ich es persönlich für dumm, der komplexen Realität zu entsagen und sich stattdessen selbst eine fiktive Welt zu konstuieren, nur damit man diese dann überblicken kann. Darunter fallen auch Laientheorien, die nur ausgewählte Aspekte adressieren und nur den Zweck haben, die eigene fiktive Vorstellungswelt zu unterstützen.
Addendum: Sie wissen das vielleicht, der Laie aber nicht. Für die Laien sind in den folgenden vier Bildern die im Jahresmittel TOA gemessenen Flüsse in der Fenster-Region (8-12 µm) nach CERES gezeigt. Bild 1 zeigt das globale Mittel „All Sky“. Der Fluss nimmt zu, da die Temperatur von Atmosphäre und Oberfläche zunimmt. Bild 2 zeigt das globale Mittel „Clear sky“. Es nimmt geringfügig ab.
Bild 3 und Bild 4 zeigen entsprechende Messungen für die Region München. Hier nehmen die Flüsse in beiden Fällen zu. Die Interpretation der Daten überlasse ich Ihnen.
Wenn Sie mehr Details wissen wollen ,dann lesen Sie bitte bei EIKE: Gerhard Kühn, Klimakatastrophe im Japanischen Palais, 15. Juli 2016
Gerhard Kühn
habe beim Lesen dieses Beitrags eine Wissenslücke auf meiner Seite entdeckt. Dort steht, dass die Atmosphäre Wärme an Treibhausgase abgibt und diese dann die Wärme ins All abstrahlt. Bislang meinte ich zu wissen, dass Treibhausgase nur die Wärme über Wärmestrahlung absorbieren können. IR Licht, Absorbtionsbanden etc. Wenn CO2 Wärme aus der Luft absorbiert, müsste das durch Kollision mit den Luftmolekülen passieren, weil N2 oder O2 ja nicht strahlen. Verstehe ich da jetzt etwas völlig falsch? Können Sie mir da bitte auf die Sprünge helfen?
Was ist denn ein >>Treibhausgas<<?
Ich finde bei Wki das hier:
>>Treibhaus steht für
Gewächshaus, lichtdurchlässiges Bauwerk zur Pflanzenkultivierung<<
Und was für ein Gasgemisch ist in so einem Gewächshaus drin? Ein anderes als außerhalb?
Interessant ist, dass sich die Geologen, Paläontologen und Evolutionsbiologen heute darüber einig sind, dass der CO2 Anteil in der Atmosphäre schon immer ein Klimatreiber und damit wesentlicher Evolutionsfaktor war. Auch spielte es bei den 5 Massensterben der Erdgeschichte eine wichtige Rolle, primär wie sekundär. Erdgeschichtlich nennt man die heutige Zeit auch Anthropozän und Biodiversitätsforscher vertreten, dass das 6 Massensterben bereits eingesetzt hat.
Da müssen Sie jemanden verwechseln. Seriöse Geologen und Paläontologen behaupten das glatte Gegenteil: Stellvertretend für sie : Paleogeologe Prof. J. Clark Universität Ottawa: “Wir können nicht behaupten, dass das CO2 das Klima bestimmt, denn das hat es in der Vergangenheit nachweislich zu keiner Zeit getan.
So so, sind sich mal wieder angeblich alle einig. Nennen Sie doch einfach mal Roß und Reiter. Werden Sie aber nicht, weil Sie es nicht können. Dxxxschwätzer!
Erdgeschichtlich ist die heutige Zeit doch noch gar nicht einzuordnen. Dxxxschwätzer!
https://hsg.events/oeffentlichevorlesungen/vorlesungen/vom-holozaen-ins-anthropozaen-der-mensch-verwandelt-die-erde/
https://www.gdch.de/fileadmin/downloads/Netzwerk_und_Strukturen/Fachgruppen/AG_Chemie_und_Gesellschaft/anthropozaen.pdf
https://www.nature.com/articles/s41561-020-00646-4
https://eos.org/articles/how-modern-emissions-compare-to-ancient-extinction-level-events
Gibt natürlich auch noch Steinzeit-Geologen, die neue Erkenntnisse verschlafen und nicht mit dem Fortschritt mithalten.
Eben, ich habe auch jede Menge alte Bücher, wo die neuesten Erkenntnisse nicht drinstehen?, liegt nunmal in der Natur der Sache, dass der Fortschritt fortschreitet.
Gerade über die Massensterben des Paläozoikums hat man erst die letzten 2 Jahrzehnte viel geklärt. Besorgen Sie sich ein aktuelles Paläontologie-Lehrbuch.
Danke, ich bin aus dem Laufenden, zumindest was den generellen Erkenntnisfortschritt angeht.
Manabe/Strickler haben keine Bodeninversion berechnet. Sie haben demonstriert, wie sich der radiative-konvektive Gleichgewichtszustand ausbildet. Demnach entwickelt sich dafür eine Troposphäre mit Temperaturabnahme und eine Stratosphäre darüber.
Dazu sind alle heutigen 3D Klimamodelle in der Lage. Diese werden wohl auch noch detaillierter Bodeninversionen und andere Dynamiken berechnen, so wie das heutige Wettervorhersagemodelle auch machen. Aber dazu kann ich wenig sagen.
Was der Autor im Artikel hier beschreibt widerspricht natürlich nicht der Tatsache, dass der CO2-Anstieg langfristig zu einem bodennahen Erwärmungsanstieg führt. Dieser Trend schließt Bodeninversionen nicht aus, der Klimawandel äußert sich selbstverständlich in einem „Wetterwandel“, d.h. einer Änderung der Wetter-Statistik, was aus der Definition Klima ja schon automatisch folgt, und wie es auch schon immer war.
Übrigens: Was haben naturwissenschaftliche Erkenntnisse, die in Lehrbüchern stehen und an Universitäten vermittelt werden, mit „Panikmache“ zu tun?
„Übrigens: Was haben naturwissenschaftliche Erkenntnisse, die in Lehrbüchern stehen und an Universitäten vermittelt werden, mit „Panikmache“ zu tun?“ Das Ergebnis von Panikmache kann man sehr schön an diesem Artikel sehen. Aufgrund von CO2-Indoktrination Ihrerseits habe ich bereits angenommen dass das atmosphärische Fenster auch unter „clear sky“-Bedingungen praktisch keine Rolle mehr spielt. Aber ich lerne nie aus.
Die Temperatur in der Troposphäre ist nicht konstant. Gemäß dem allgemeinen Gasgesetz (p • v = n • R • T) sinkt mit dem Druck p die Temperatur T. Bergwanderer wissen, dass mit zunehmender Höhe (abnehmendem Luftdruck) die Temperatur sinkt. Das o.g. Bild zeigt einen Temperaturgradienten von 0,65 Grad pro 100 Höhenmetern – das deckt sich gut mit dem, was Schüler im Alpenraum früher lernten.
Fazit: Das Gasgesetz beschreibt die normale Temperaturverteilung in der Troposphäre gut. Unterschiedliche Abkühlungsraten von Boden und Luft können (neben Winden) eine Ursache inverser Temperaturverteilungen sein. Und mehr Treibhausgase können die Abkühlung von Luftschichten beschleunigen. – Diesen Abkühlungseffekt von Treibhausgasen aufzuzeigen ist Sinn des ursprünglichen Artikels. Möge er mehr Beachtung finden.
Das ist der typische Reinfall. Nein, wie Sie am idealen Gasgesetz sehen können, folgt nicht, dass die Temperatur dem Druck folgt, denn es gibt ja noch das Volumen als zweiten Freiheitsgrad. Die ideale Gasgleichung schränkt die 3 Freiheitsgrad Druck, Volumen (bzw Dichte) und Temperatur auf zwei ein, nicht auf einen!
Die Temperaturabnahme mit dem Druck folgt aus der quasifeuchtadiabatischen Zustandsänderung in der Troposphäre. Wie Sie sehen, nimmt die Temperatur nicht überall in der Atmosphäre nach oben ab, der Druck schon.
Kühlraten richten sich nach Wärmeverlust. Ich sehe nicht warum diese am Boden geringer sein soll.
Q=konstant
Sollte die Kühlrate am Boden beständig geringer sein, kommt es zwangsläufig zu einer Erwärmung dort. Und die sehen wir nicht. Und dann müsste die Kühlrate weiter höher beständig geringer werden. Sehen wir auch nicht.
Sie legen mit ihrer Verwurschtelung sehr gut dar wo ihr Denkfehler ist.
Mfg Werner
Mag sein, dass die Erklärung nicht ganz korrekt ist, aber an der Sache muss etwas sein. Dafür spricht, dass die Winternächte bei wolkenlosem Himmel kälter sind, als bei bewölktem Himmel. Man ist fast versucht, als Erklärung „Kältestrahlen“ hinzuziehen, die es natürlich nicht gibt. Während ich jetzt schreibe, stellt sich mir die Frage: Warum ist in den Sommernächten warm, im Gegensatz zu den Winternächten? Ich könnte jetzt selbst eine Antwort fabrizieren, Meteorologen wissen es wahrscheinlich besser. Meine Antwort würde ungefähr lauten:
Die Umgebung, der Erdboden ist einfach zu warm, die Nacht zu kurz, um alles abzukühlen, trotz fehlender Sonnenbestrahlung.
Auch das mit dem Ventillator ist ein interessanter Frostschutz. Könnten ausgemusterte Windräder hierfür verwendet werden?