Vorwort der EIKE Redaktion
Der folgende Beitrag wird wieder eine heftige Diskussion unter einigen unserer Leser auslösen. Dies ist insofern unverständlich, als das doch wohl vorausgesetzt werden kann, dass – wie jeder aus eigenem Erleben weiß – die Sonne nur tagsüber scheint. Das muss als gesetzt akzeptiert werden. Was dann noch bleibt ist die Klärung der Frage: Sind die von der internationalen Klimawissenschaft gemachten Vereinfachungen der Bildung der Mittelwerte von Ein- und Abstrahlung über die Kugelfläche statt der Halbkugelfläche, bei der Ermittlung der der Erde zugestrahlten und abgestrahlten Energiemenge, zulässig oder nicht. Wären sie es, dann müsste es ein Leichtes sein, aus ihren Ergebnissen auch die Temperatur der real bestrahlten Halbkugel bei gleichzeitiger Abstrahlung durch die Vollkugel widerspruchsfrei und auf die Kommastelle genau herzuleiten. Bisher hat das aber niemand vermocht, zumindest nicht hier in dieser Leserschaft. Vielleicht regt der folgende Beitrag dazu an.
von Uli Weber
Obgleich es auf unserer Erde erwiesenermaßen Tag und Nacht gibt (Abbildungen 5 und 6) und sich die Relation zwischen beiden über den Jahresverlauf ständig verändert (Siehe Titelbild), wird mein hemisphärisches Stefan-Boltzmann-Modell von vielen Kommentatoren noch immer nicht verstanden und eine rein mathematische Tag=Nacht-Mittelung als Grundlage einer globalen 24h-S-B-Inversion bevorzugt.
Gerne wiederhole ich daher noch einmal die Widerlegungsanforderung für meinen hemisphärischen S-B-Ansatz aus WEBER (2017) hier auf EIKE über einen physikalischen Tag=Nacht-Beweis:
„Wenn also wissenschaftlich eindeutig nachgewiesen würde, dass die Gleichsetzung der Energiebilanz unserer Erde (Fläche einer Kugel) mit der strengen thermischen Gleichgewichtsforderung des Stefan-Boltzmann Gesetzes für die bestrahlte Fläche (Halbkugel) physikalisch korrekt ist, dann bin ich tatsächlich widerlegt.“
Dazu ein Zitat aus dem Artikel, „Ist „Klimawandel“ Wissenschaft oder Pseudo-Wissenschaft?“ von Andy May, übersetzt von Christian Freuer für das EIKE:
„Eine Hypothese, die durch kein denkbares Ereignis widerlegbar ist, ist nicht wissenschaftlich. Popper fragte sich 1919, worin sich Marxismus, Freud und Astrologie von wirklich wissenschaftlichen Theorien wie Newtons Gravitationsgesetz oder Einsteins Relativitätstheorie unterscheiden. Er erkannte, dass letztere getestet und als falsch nachgewiesen werden konnten. Inspiriert wurde er durch die Bestätigung von Einsteins Theorie durch Frank Dyson, Andrew Crommelin und Arthur Eddington während der Sonnenfinsternis 1919.“
Ich darf hier also in aller Bescheidenheit darauf verweisen, dass ich schon sehr frühzeitig einen Widerlegungsbeweis für mein hemisphärisches S-B-Modell eingefordert hatte. Trotz dieser Beweisanforderung ist mir bis heute kein wissenschaftlicher Nachweis für eine physikalische Gleichheit von Tag (@2PiR²) und Nacht (@2PiR²) bekannt geworden. Man ersetzt bei der konventionellen Stefan-Boltzmann-Inversion vielmehr weiterhin die Ungleichheit zwischen Tag und Nacht durch einen physikalisch bedeutungslosen rein mathematischen 24h-Durchschnittswert (@4PiR²) …
Nachfolgend nähern wir uns den theoretischen S-B-Grundlagen einmal über das Stefan-Boltzmann-Experiment. Das Stefan-Boltzmann-Experiment ist ein Standardexperiment in der physikalischen Ausbildung, das den Zusammenhang zwischen der Temperatur eines künstlich erhitzten Schwarzen Körpers und der von seiner Oberfläche abgegebenen spezifischen Strahlungsleistung im gemeinsamen und zeitlich unmittelbaren thermischen Gleichgewichtszustand beschreibt. Der Versuchsaufbau ist denkbar einfach:
Abbildung 1: Das klassische Stefan-Boltzmann-Experiment, Ofen. Hitzeschild mit Blende und Messgerät
Beschreibung:
- Ein Rohrofen (rechts) wird auf eine bestimmte Temperatur erhitzt; der Schwarze Strahler wird dabei beispielsweise durch einen brünierten Messingzylinder dargestellt.
- Der Ofen hat eine konstante Temperatur und wird durch eine (ggf. gekühlte) Blende (Mitte) vom Meßgerät abgeschirmt.
- Die austretende Strahlungsleistung wird gemessen (links).
Das Stefan-Boltzmann-Gesetz lautet:
(1) P = σ * A * T4 oder S = P/A = σ * T4
mit der Stefan-Boltzmann-Konstante σ = 5,670 10 -8 [W m-2 K-4]
und P = Strahlung in [W], A = Fläche [m²], T = Temperatur in [K],
S = spezifische Strahlungsleistung in [W/m²]
Die Systematik dieser physikalischen S-B-Beziehung wird sofort klar, wenn wir in der nachfolgenden Abbildung einmal vier unterschiedlich große Schwarzkörper mit gleicher Temperatur betrachten:
Abbildung 2: Zur Bedeutung der spezifischen Strahlungsleistung „S=P/A“ im S-B-Gesetz
Für einen beliebigen Schwarzen Körper mit einer Temperatur von +15°C gilt also immer:
Die SPEZIFISCHE Strahlungsleistung S@15°C dieses Schwarzen Körpers beträgt 390 W/m².
Aus dieser Abbildung wird unmittelbar deutlich, dass die unterschiedlichen Strahlungsleistungen „Pi“ und die zugehörigen ABSTRAHLENDEN Flächen „Ai“ eindeutig zusammenhängen, weil sie für jeden Körper (1-4) eine augenblickliche spezifische Strahlungsleistung „S@15°C“ definieren, die wiederum über das Stefan-Boltzmann-Gesetz eindeutig mit der Momentantemperatur des jeweiligen Körpers von 15°C verknüpft ist. Allein diese Temperatur (primär) bestimmt also die gleichzeitige spezifische Strahlungsleistung (sekundär) eines Schwarzen Körpers nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz:
Stefan-Boltzmann-Gesetz: Temperatur (primär) => Spezifische Strahlungsleistung (sekundär)
Jede Berechnung einer Temperatur (sekundär) aus der spezifischen Strahlungsleistung (primär) stellt demnach eine Inversion des Stefan-Boltzmann-Gesetzes dar, welche nur zulässig ist, wenn alle Randbedingungen, des S-B-Gesetzes streng erfüllt sind. Da diese aber nicht per se erfüllt werden, ist eine Inversion des S-B Gesetzes immer nur in physikalisch wohl definierten Fällen zulässig. Und diese Fälle orientieren sich wiederum an einer Umkehrung des S-B-Experimentes: Es muss sowohl die in diesem Moment ANGESTRAHLTE Fläche eindeutig definiert sein, als auch der Unterschied zwischen den Flächennormalen von einfallender Strahlung und beleuchteter Fläche (Neigung = Klima) vektoriell berücksichtigt werden.
Stefan-Boltzmann-Inversion: Spezifische Strahlungsleistung (primär) => Temperatur (sekundär)
Wohlgemerkt: JEDE Berechnung einer Temperatur aus der spezifischen Strahlungsleistung nach dem S-B-Gesetz stellt eine S-B-Inversion dar, auch die fehlerhafte konventionelle 24h-Tag=Nacht- Berechnung einer sogenannten „Gleichgewichtstemperatur“ von (-18°C) aus 235 W/m² @4PiR²!
Machen wir es uns mal ganz einfach und simulieren wir das S-B-Experiment bei 20°C Zimmertemperatur, 100°C, 200°C und 300°C. Die zugehörige spezifische Strahlungsleistung entnehmen wir jetzt einfach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz:
- 20°C entspricht 293 K und 419 W/m²
- 100°C entspricht 373 K und 1100 W/m²
- 200°C entspricht 473 K und 2842 W/m²
- 300°C entspricht 573 K und 6119 W/m²
Der Zusammenhang zwischen Temperatur und spezifischer Strahlungsleistung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz ist nachfolgend in Abbildung 1 dargestellt:
Abbildung 3: Der Temperaturverlauf nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz (blaue Kurve) mit den 4 imaginären „Messpunkten“ bei 20°C, 100°C, 200°C und 300°C (rote Punkte im roten Kreis).
Sie werden bemerkt haben, dass die T4-Kurve bei 0 W/m² auf 0 Kelvin fällt. Das Dumme ist, dass im S-B-Experiment bei einer Raumtemperatur von 20°C keine Wertepaare unter 20°C/419 W/m² gemessen werden können. Denn der ganze Raum strahlt ja bei dieser Temperatur mit 419 W/m², selbst das Messgerät. Die S-B-Umgebungsgleichung trägt diesem Umstand Rechnung und das Stefan-Boltzmann-Gesetz in seiner allgemeinen Form lautet dann:
(2) 
(Anmerkung: Die Gleichung 2 wurde am 8.6.22 vom Autor korrigert. Mit Dank an den aufmerksamen Leser Harde)
Alle Parameter wie in Gleichung 1 mit T0 = Umgebungstemperatur
Und jetzt bilden wir aus unseren „Messpunkten“(schwarz) einmal Mittelwerte (rot):
Tabelle 1: „Messwerte“ nach dem S-B-Gesetz und daraus abgeleitete Mittelwerte der 1. bis 3. Generation
Diese Mittelwerte (rot) fügen wir jetzt wiederum in die Stefan-Boltzmann-Funktion (Abb.1) ein und erhalten:
Abbildung 4: Vergleich des Temperaturverlaufs nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz (blaue Kurve) mit den berechneten Mittelwerten aus Tabelle 1 (rote Punkte 1 bis 6). „(X)“ ist der Mittelwert aus der vorgeblichen nächtlichen Oberflächentemperatur in der konventionellen S-B-Inversion von 0K und der solar induzierten theoretisch möglichen Maximaltemperatur (Näheres im Text nach Abbildung 7).
In Abbildung 4 ist deutlich zu erkennen, dass die berechneten Mittelwerte nicht auf die Stefan-Boltzmann-Funktion fallen. Vielmehr entfernen sich die 3 Mittelwert-Generationen sukzessive von der blauen Kurve: 1. Generation (Punkte 1, 3 und 6), 2. Generation (Punkte 2 und 5), 3. Generation (Punkt 4). Die Differenz der linearen Durchschnittswerte zur Stefan-Boltzmann-Funktion wird also umso größer je größer die Spreizung der beteiligten Einzelwerte ist. Bei einer T4-Funktion sollte dieses Ergebnis eigentlich nicht weiter verwundern.
Wir leben in einer Zeit, wo Meinungen als Fakten verkauft werden, und man Fakten als Meinungen diffamiert. Bilden Sie sich also selbst eine Meinung, indem Sie die Fakten bewerten:
Abbildung 5: Die Inversion des Stefan-Boltzmann-Gesetzes
Unsere Erde wird lediglich auf ihrer Tagseite von der Sonne angestrahlt
Zwischenfrage: Sind die beiden Körper in Abbildung 6 physikalisch wirklich absolut identisch? – Es kann doch nur ein physikalisch korrektes Modell geben, entweder links oder rechts in Abbildung 6:
Abbildung 6: Vergleich eines selbstleuchtenden Sterns (Schwarzkörper) mit einem Planeten (Erde)
Links selbstleuchtender Stern (ohne Tag und Nacht), ABSTRAHLUNG: 235W/m² @ 4PIR² bei -18°C
Rechts hemisphärisch beleuchteter Planet (unsere Erde mit Tag und Nacht)
Solare EINSTRAHLUNG = Σi (940W/m² * cos ϕi)/i @ 2PIR² über eine Halbkugel (-Pi/2 bis +Pi/2) bei einer Durchschnittstemperatur von +15°C mit ϕi=örtlicher Zenitwinkel der Sonne
Nun, der S-B Durchschnitt der Temperatur wird für den selbstleuchtenden Stern (Schwarzkörper) im konventionellen Ansatz mit -18°C angegeben, der gemessene Durchschnitt für unsere Erde beträgt aber ca. 15°C. Der Klima-Mainstream bewertet die beiden Körper aus Abbildung 6 also als physikalisch völlig gleich und erklärt die Temperaturdifferenz mit einem sogenannten „natürlichen atmosphärischen Treibhauseffekt“ von 33 Grad. Wir können also verkürzend zusammenfassen, dass der physikalische Unterschied zwischen einem selbstleuchtenden aktiven Stern und einem halbseitig bestrahlten passiven Planeten ein sogenannter „atmosphärischer Treibhauseffekt“ sein soll.
Abbildung 7: Das Bermuda-Dreieck einer fehlerhaften Inversion des Stefan-Boltzmann-Gesetzes: „Gleichgewichtstemperatur“ (-18°C), (+15°) real „gemessener“ Durchschnitt, 33° Differenz=THE
Der sogenannte „atmosphärische Treibhauseffekt“ entstammt also dem Bermuda-Dreieck einer physikalisch fehlerhaften Inversion des Stefan-Boltzmann-Gesetzes. Das ist schon komisch, denn allein der Durchschnitt aus minimaler und maximaler Temperatur bei einem halbseitig bestrahlten Körper wie der Erde sieht folgendermaßen aus: Die maximal mögliche solar induzierte Temperatur auf unserer Erde beträgt bei vertikalem Sonnenstand ohne Albedo 394 Kelvin, während die nächtliche Oberflächentemperatur im konventionellen S-B-Ansatz mit 0 Kelvin angenommen wird. Beides ergibt einen Mittelwert von (394+0)K/2 = 197 [K] bei (1367+0)W/m²/2 = 683,5 [W/m²], wie er als „(X)“ in Abbildung 4 eingetragen ist.
Das Stefan-Boltzmann-Gesetz verknüpft Temperatur und spezifische Strahlungsleistung eines Körpers im Moment der ABSTRAHLUNG und gilt daher ausschließlich „just in time“. Es wird also aus dem Stefan-Boltzmann-Experiment unmittelbar deutlich, dass eine Mittelung über die Tag- und Nachtseite unserer Erde gar nicht der Stefan-Boltzmann-T4-Beziehung gehorchen kann (S. auch Anhang). Eine Inversion des Stefan-Boltzmann-Gesetzes für die Temperaturbestimmung auf der Erde darf vielmehr nur Flächen einschließen, die genau im Augenblick der solaren ABSTRAHLUNG auch tatsächlich ANGESTRAHLT werden:
Um es hier noch einmal barrierefrei auszudrücken: Nur die ANGESTRAHLTE Fläche zählt bei einer S-B-Inversion. Denn wenn man die unbeleuchtete Nachtseite unserer Erde als ANSTRAHLUNGSFLÄCHE in die Temperaturberechnung einer Stefan-Boltzmann-Inversion einschließt, dann könnte man ebenso gut die unbeleuchtete Tischplatte des Experimentiertisches als ABSTRAHLUNGSFLÄCHE in das Stefan-Boltzmann-Experiment einbeziehen.
Zum besseren Verständnis meiner hemisphärischen Temperaturberechnung für unsere Erde verweise ich abschließend auf diesen Text, diesen Artikel und/oder dieses Buch.
Anhang: Die Berechnungen von Professor Dr. G. Gerlich aus seinem Vortrag zur Treibhaus-Kontroverse, Leipzig, 9./10. Nov. 1995 mit einer Hervorhebung:
Wir haben gesehen, dass lediglich die Tagseite der Erde (2πR2) im Strahlungsgleichgewicht zwischen Sonne und Erde mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz betrachtet werden darf. Aber auch Gerlich betrachtet bei seiner Temperaturberechnung fälschlich die gesamte Erdoberfläche und schließt dabei die Nachtseite mit 0 Kelvin ein. Von daher muss diese Lösung von Gerlich (1995) für die gesamte Erdoberfläche (4πR2) auf die Tagseite der Erde (2πR2) reduziert bzw. das Ergebnis verdoppelt werden:
Temperatur Tagseite = Lösung Gerlich * 4πR2 / 2πR2 = 2 * Lösung Gerlich
meine hemisphärische Korrektur der Integrallösung von Gerlich (1995)
Folglich verdoppelt sich die Lösung von Gerlich (1995) für die physikalische Temperatur auf Tagseite der Erde zu Tphys-hem = 2*(-129°C =144 K) = 2*144 K = 288 K oder 15°C
Ausführliche Herleitung: Anmerkungen zur hemisphärischen Mittelwertbildung mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz | EIKE – Europäisches Institut für Klima & Energie (eike-klima-energie.eu)
Ich stelle hier folgende wichtige Frage in den Raum:
Nach welcher physikalischen Gesetzmäßigkeit nehmen viele Autoren hier an, addieren sich Strahlungsleistungen unterschiedlicher Emittenten linear? Wenn also eine Quelle mit z. B. 400 W/m² strahlt und eine andere daneben mit z. B. 300 W/m², welche Wirkung zeigt das bei einem gemeinsamen Absorber? Wenn z. B. die 300 W/m² sichtbares grünes Licht wären und die 400 W/m² Wärmestrahlung eines Heizkörpers?
Darüber hinaus werden meistens diffuse Wärmestrahlungen addiert, also Strahlungen, die ab Oberfläche je Punkt halbkugelförmig oder ab Gasmolekül kugelförmig in den Raum gehen. Nach welcher Physik könnte man hier eine Addition vornehmen? Und weche Richtung hätte dann eine addierte Strahlung?
Bereits die Logik sagt, in einem Fall mit vielen Einzelstrahlungen „gewinnt“ die stärkste Einzelstrahlung, weil alles schwächere überdeckt wird, was übrigens auch eine indirekte Folge des 2. HS ist. Gäbe es eine Addition, könnte man mit Tausenden mäßig hellen Leds einen gleißend hellen Scheinwerfer bauen. Glaubt irgendwer, das wäre tatsächlich möglich?
Falls Hr. Roth noch mitliest, bitte meine Antwort weiter unten: stefan strasser am 12. Juni 2022 um 23:34 ansehen.
Herr Strasser, Ihre Vorstellung dass nur die stärkste Strahlung am Absorber (z.B. auf die Temperaturgenese) wirkt, ist falsch und widerspricht auch dem Energieerhaltungssatz. Dann könnten Sie nur den stärksten TV-Sender empfangen, beim Solar-Turmkraftwerk wären 999 von 1000 Spiegeln überflüssig und ein Kronleuchter mit zahllosen Birnen wäre nicht heller als eine einzelne Birne.
Herr Dietze, die Energie bleibt im Strahlungsfeld erhalten.
Aber wie Herr Strasser es angibt, gibt es keine Additation von Strahlung von unterschiedlichen Koerpern.
Ansonsten wuerde es einen Unterschied machen ob sie mit einem oder zwei Eiswuerfeln versuchen wuerden, ihren Tee zu erwaermen.
Ansonsten ist ihr Verstaendnis deshalb falsch, weil die atmosphaerische Strahlung durch die Bodenabstrahlung negiert wird.
Dietze
„… beim Solar-Turmkraftwerk wären 999 von 1000 Spiegeln überflüssig und ein Kronleuchter mit zahllosen Birnen wäre nicht heller als eine einzelne Birne.“
Beides ist Unsinn!
Beim Solarkraftwerk handelt es sich nicht um unterschiedliche Strahlungen, sondern um eine einzige von der Sonne. Diese einzige in Erdentfernung de facto gerichtete Strahlung wird durch die Spiegel von einer großen Fläche eingesammelt und auf einen kleinen Punkt gebündelt. Das ist etwas ganz anderes.
Und ein Kronleuchter ist nicht heller, mehrere Birnen leuchten einen Raum nur auf größerer Fläche aus. Es geht aber um die absolute Einzelhelligkeit. Es gelingt nicht, mit mehreren gleichen Birnen die absolute Beleuchtungsstärke an einem Ort zu erhöhen!
Wenn Sie also der Meinung sind, man kann trotzdem addieren, nochmals die Frage, nach welchem physikalischen Gesetz meinen Sie, würde das erfolgen?
@ Werner Holtz
Sie schrieben:
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Die Flächenleistungsdichte oder flächenbezogener Energiestrom bzw. Energiestromdichte eines Strahlers (vektorielle intensive Größe) wirkt an Ort und Stelle der Absorberfläche im Zeitintervall der Bestrahlung und nicht gemittelt über die Zeit und Fläche. Das hängt damit zusammen, dass die wirksame Fläche der Bestrahlung durch den Strahler in diesem Fall die extensive Größe darstellt. Deshalb ist die Berechnung der mittleren täglichen Bestrahlung durch die Sonne nach Ludwig Christian Wiener mit (S/4) energetisch nicht korrekt.
……….
„Friedrich Hopfner (Geophysiker) war zu seiner Zeit im Fachgebiet der Geodäsie einer der Besten. Die nachfolgende Abhandlung beschreibt die mögliche mittlere tägliche Bestrahlung der Erde durch die Sonne unter verschiedenen Gesichtspunkten.
+ Fr. Hopfner, Mathematische Grundlagen zu einer astronomischen Theorie der Klimaschwankungen, Gerlands Beitr. zur Geoph., Band XV-XVIII, S.157 (1926-27)
Rudolf Ferdinand Spitaler (Meteorologe, Astronom und Physiker) hatte sich auch mit der Problematik der mittleren täglichen Bestrahlung der Sonne auseinandergesetzt. In der nachfolgenden Abhandlung, wo er auch die Mehrdeutigkeit der Definition der mittleren Bestrahlung behandelt, kann man das nachlesen.
+ R.F. Spitaler, Die Bestrahlung der Erde durch die Sonne, Lotos – Zeitschrift für Naturwissenschaften 86 (1938)
http://www.zobodat.at/pdf/Lotos_86_0083-0088.pdf
Die „wahre“ mittlere tägliche Bestrahlung der Sonne beträgt nach Hopfner oder Spitaler 956 W/m² (12h Basis) oder 478 W/m² (24h Basis) anders werden die täglichen Temperaturen der Breitengrade in der Rotationsperiode gar nicht zu erklären. Das ergeben auch die Messungen von ERBE oder CERES. Auch die planetare (sphärische) Albedo der Erde wäre mit dem Ansatz nach Wiener nicht erklärbar.“
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Ihre Behauptungen sind alle falsch. Dass die Strahlungsflussdichte F ein Vektor ist, streitet niemand ab. Was allerdings von diesem Vektor zu beruecksichtigen ist, ist nur der Betrag der Vektorkomponente, die senkrecht auf dem betreffenden Flaechenelement steht. Folglich wird die Strahlungsflussdichte mit der Flaechennormalen n skalar multipliziert, die definitionsgemaess von innen nach aussen zeigt, wobei |n| = 1.
Zur Berechnung der taeglichen solaren Einstrahlung ist also folgendes zu beruecksichtigen:
Fs,↓= F · n = F cos (∠ F, n) = F cos Θ0
mit F = |F| und dem lokalen Sonnenzenitwinkel Θ0.
Nach Wiener (1877, 1879) gilt (siehe auch Milankovitch, 1920, 1941, Berger et al., 1993, Liou, 2002)
cos Θ0 = sin φ sin δ + cos φ cos δ cos h
wobei φ der Breitengrad, δ die Deklination der Sonne und h der Stundenwinkel sind. Dabei entsprich h = 0 dem ortsabhaengigen solaren Mittag. An Hand der Wienerschen Formel, die sich aus der sphaerischen Trigonometrie ergibt, erhaelt man fuer den halben Tagesbogen mit cos Θ0 = 0
H = arccos (- tan φ tan δ)
Fuer φ = 0 oder δ = 0 ergibt sich H = π/2 = (= 6 h), was die obige Verteilung der Dauer des Tageslichtes auch veranschaulicht. Man kann auch die Refraktion des Sonnenlichtes in der Atmosphaere beruecksichtigen, worauf ich hier verzichtet habe.
Diese Formel gilt nur dann, wenn die Dauer des Tagesbogen kleiner als 24 Stunden oder H < π (π entspricht 12 Stunden) ist, also nicht für diejenigen Punkte innerhalb der von den Polarkreisen begrenzten polaren Kalotten, für die die Sonne innerhalb von 24 Stunden nicht untergeht, weil dann nicht cos Θ0 = 0 wird. Darauf wies bereits Wiener (1879) hin.
Verwendet man noch die Solarkonstante S , dann ergibt sich insgesamt:
Fs,↓= (r0/r)2 S (sin φ sin δ + cos φ cos δ cos h)
Damit kann man die ortsabhaengige taegliche solare Einstrahlung berechnen, und das fuer jeden durch Laengen- und Breitengrad gekennzeichneten Ort an der Obergrenze der Atmosphaere (bzw. auf der Oberflaeche einer Erde ohne Atmosphaere). Die so erhaltene Verteilung veranschaulicht das obige NASA-Diagramm. Das Anwenden des Kalkuels der globalen Mittelung liefert dann fuer die mittlere taeglichen solaren Einstrahlung S/4.
Und das ist seit vielen Jahren bekanntes Lehrbuchwissen. Bereits Wilhelm von Bezold schrieb im Jahr 1906:
„Dabei fällt das Maximum der Einstrahlung, wie längst bekannt, auf den Pol der Sommerhalbkugel und zwar das absolute Maximum auf den Südpol.“
Spitaler hat den Fehler begangen, dass er nicht die ortsabhaengige taegliche solare Einstrahlung an der Obergrenze der Atmosphaere (bzw. auf der Oberflaeche einer Erde ohne Atmosphaere) betrachtet hat, die selbstverstaendlich eindeutig ist. Seine Darlegung der Mehrdeutigkeit trifft nicht zu. Wenn von der ortsabhaengigen taeglichen solaren Einstrahlung die Rede ist, dann bezieht sich diese auf einen Tag und nicht auf den Tagesbogen, also der Dauer von Sonnenaufgang bis -untergang, auch wenn nur waehrend dieser Zeitspanne die Sonne scheint. Das obige Diagramm der NASA, was die Verteilung der taeglichen solaren Einstrahlung veranschaulicht, belegt, dass die Aussagen von Wiener (1877, 1879), Milankovitsch (1920, 1941) etc. korrekt sind.
Jeder, der in der Arktis oder wie ich am Rande der Arktis lebt, kennt den Begriff der „weissen Naechte“. Damit ist gemeint, dass waehrend der „Nacht“ die Sonne nicht untergeht, was die obige Verteilung der Dauer des Tageslichtes belegt.
Spitaler (1938) beklagte sich:
„Am einfachsten aber hat es M. M i 1 a n k o v i t c h gemacht, indem er H o p f n e r s Darlegungen kurzer Hand als falsch bezeichnete, ohne es aber zu beweisen.“
Niemand muss etwas Falsches als falsch nachweisen. Von daher hatte Milankovitch vernuenftig gehandelt.
Ich zitiere aus dem Buch von Milankovicht (1941):
„Dreissig Jahre lang hat Spitaler an der Richtigkeit seiner Berechnungen zähe festgehalten, die von ihm berechneten Bestrahlungen der Erde als die wahren bezeichnet und alle von den seinigen abweichenden Rechnungsergebnisse für falsch erklärt, um schliesslich in seiner Arbeit ,,Die Bestrahlung der Erde durch die Sonne und die Temperaturverhältnisse der quartären Eiszeit. Prag 1940” seine früheren Berechnungen als ,,gegenstandslos“ zu erklären.“
Webers Faktor-4-Krieg ist genauso ueberfluessig wie sein hemisphaerischer Stefan-Boltzmann-Ansatz. Und letzterer ist so ueberfluessig wie ein Kropf.
MfG
Noch eine kleine Überlegung. Die „halbtags“ beschienene Stadt Rom hat eine Jahresmitteltemperatur von 15-16 Grad. Über Tag, Nacht und Jahr gemittelt. Der Erdboden stahlt dort demgemäß auch in etwa 390 W/m2 ab. Durch/ aus der Atmosphäre über Rom werden aber im Jahresmittel nur etwa 240 W/ m2 ins All abgestahlt. Das entspicht etwa -18 Grad. Die Differenz von 33 Grad sind der Treibhauseffekt. Man braucht da also keinen Ansatz einer Tagerde.
@ Werner Schulz
Sie schreiben:
„…ob Rotation oder nicht. Geometrisch kann die Sonne nicht die gesamte Oberflaeche zeitgleich betrahlen, es sei denn sie dreht sich in einer Sekunde einmal um die eigene Achse.
Ich dachte sie wussten das die Erde sich dreht, dann wissen sie auch wie schnell das ist.
Fakt ist, die Sonne bescheint immer nur einer Hemisphaere.“
Ich weiss, dass die Erde rotiert. Die Winkelgeschwindigket der Rotation betraegt etwa ω = 2 π/86164 s = 0,0000729/s. Aber Sie wissen nicht, wie diese Rotation bei der Ermittlung der ortsabhaengigen taeglichen solaren Einstrahlung zu beruecksichtigen ist.
Und das Ergebnis der globalen Mittelung der Verteilung der taeglichen solaren Einstrahlung, die fuer die Aequinoktien analytisch durchgefuehrt werden kann, lautet
〈F_S〉 = (r/r_A)^2 S/4
Das ist seit ueber einem Jahrhundert Lehrbuchwissen.
Nur Weber und einige seiner Unterstuetzer stellen dieses Ergebnis infrage. Es ist ja auch Weber, der fuer diese globale Mittelung vom „Flacherde-Ansatz“ redet, obwohl „global“ sich auf die Kugelgestalt der Erde bezieht.
Da Sie wahrscheinlich ein Pseudonym verwenden, koennen Sie ja weiterhin Webers Faktor-4-Krieg unterstuetzen.
Herr Prof. Kramm,
stellen wir bitte fest, die Einstrahlung der Sonne geschieht auf einer hemisphaerischen Flaeche. Jede Sekunde!
Die Einstrahlung oder auch Bestrahlung wird in J/m2 angegeben. Wenn sie diese ermitteln wollen, dann reicht es die hemisphaerische Flaeche zu nehmen und sie werden feststellen, das sie Ihre Formel auf die Hemisphaerische Flaeche umstellen koennen und S/2 gueltig ist. Sie koennen fuer jede Zeit eine genaue Aussage machen. Faktor 4 gilt nicht mal bedingungslos fuer 24 Stunden aufgrund der Schiefstellung der Erdachse.
Die einfache Umstellung der Gleichung hilft ihnen bei diesem Problem, da sie die Bedingungen nicht mit angeben muessen.
Und dieses Umstellung aendert nichts an der Summe der Energie, die von der Sonne kommt. Die Strahlstaerke ist jedoch doppelt.
Das Problem mit der Faktor 4 Darstellung ist, das die Klimawissenschaft eine Verbindung mit der Temperatur und der angeblich ungenuegendenen Strahlstaerke der Sonne herstellt und nach einer extra Waermequelle sucht, die sie denkt in der atmosphaerischen Strahlung gefunden zu haben.
Die gueltige Faktor 2 Rechnung, stellt die Sonne als wirksame Waermequelle richtig dar. Es braucht keine extra Waermequelle.
Das muss als Grundlage geklaert werden, sonst wird auch die Arbeit von Gehrlich und Tscheuchner umsonst gewesen sein.
Und wenn endlich mal geklaert waere, das die Sonne eine ausreichende Strahlstaerke hat, um auf der Erde Temperaturen ueber -18 Grad C zu erzeugen, dann kann man auch die Erklaerung fuer den Treibhauseffekt richtig stellen.
Immerhin haben sie es jetzt mit einem System zu tun, das nicht von zwei Eiswuerfeln geheizt wird und die Temperaturen ansteigen laesst, sondern ein System mit einer Waermequelle und einer Isolation.
Lesen sie bitte meine Beitraege zu ihrem Verstaendnis.
mfg Werner Schulz
@Werner Schulz
Ihr Problem ist, dass Sie das Kalkuel der globalen Mittelung nicht verstanden haben. Mehr ist dazu nicht zu sagen.
Anmerken möchte ich auch, dass mir keine derartigen Berechnungen in der Atmosphärenphysik der letzten über 100 Jahre, wie sie Herr Weber zum Wegfall des Treibhauseffektes hier durchführt bekannt sind. Nicht ein Wissenschaftler rechnet wie er. Und die Berechnungen sind nicht gerade schwer. Das rechnet man auch im Grundstudium Physik.
Oje, schon wieder ein Artikel von Herrn Weber mit demselben Inhalt. Zu Kramm vs. Weber. Meines Wissens nach ist Herr Weber Geophysiker und kommt aus der Exploration von Kohlenwasserstoffen. Wäre interessant, wenn er mal dazu was schreibt. Von der Physik der Atmosphäre hat er kein Fachwissen. Daher erübrigt sich eine weitere Auseinandersetzung mit seinen Thesen. Nur soviel, der Erdboden strahlt im globalen Mittel mit 390 W/ m2 ab, dass entspricht 15 Grad und die Erde mit Atmosphäre steahlt im globalen Mittel mit 240 W/m2 ins All ab, dass entspricht -18 Grad. Die Differenz von 33 Grad sind der Treibhauseffekt. Das messen auch die Satelliten. Herr Webers Thesen sind also widerlegt.
Herr Krüger,
um die Webersche Theorie aufzustellen, kann man kein Fachmann für irgendein physikalisches Gebiet sein. Dass die falsch ist, sieht ja jeder Physikstudent vor der Spezialisierung bereits. Es gibt also keine physikalisch gebildete Menschen, die ihr physikalisches Fachgebiet redlich vertreten und gleichzeitig dieser Theorie beipflichten würden. Das schließt sich gegenseitig aus.
Physikalisch und mathematisch stimmt der Faktor 2 fuer die Einstrahlung.
Gruss Werner
Werner Schulz schrieb am 12. Juni 2022 um 21:06
Ich würde zu gerne mal sehen, was passiert, wenn Sie diese Argumentation für eine Berechnung der eingestrahlten Energie für Solarkollektoren oder -panele bringen. Die können zwar etwas mit dem Winkel rumspielen, um die Ausbeute zu erhöhen, und der Fokus ist weniger auf dem Mittelwert (da keine Speicherung der Energie da ist) – aber ansonsten ist es die gleiche Fragestellung …
Sie sagen also, das die Solarhersteller die doppelte Flaeche benutzen um den Ertrag zu berechnen?
Verwechseln sie hier Zeit mit Einstrahlflaeche?
Meine Solarpanele werden mit ihrer eigentlichen Flaeche berechnet. Nur scheint nicht immer die Sonne.
Bitte pruefen sie ob ihre Kritik hier richtig ist.
@ Werner Schulz
Aus physikalischer und mathematischer Sicht ist der Faktor 2 fuer die solare Einstrahlung falsch. Aber es gehoert wohl zu der Strategie von Weber und seinem Fan-Club mit moeglichst viel fachlichem Unsinn die exakten Naturwissenschaften zu desavouieren, damit die Treibhausbloedelei, wie es Prof. Gerlich treffend formulierte, bis zum St. Nimmerleinstag fortgesetzt werden kann.
Zu welchen frei erfundenen Behauptungen Weber faehig ist, habe ich gestern noch in einem e-mail-Kreis dokumentiert. Weber stand auf der Liste der Adressaten.
In seinem Beitrag
Verbesserungswürdig: Über fehlerhafte Ansätze für eine breitenabhängige Globaltemperatur | EIKE – Europäisches Institut für Klima & Energie (eike-klima-energie.eu)
behauptete Weber:
„Die Berechnungen von Dr. Spencer wurden aus Vereinfachungsgründen im Äquinoktium durchgeführt. Aus der spezifischen solaren Strahlungsleistung werden aber hin und wieder auch breitenabhängige tagesdurchschnittliche „spezifische“ 24h-„Mittelerde“-Strahlungsleistungen für den gesamten Jahresverlauf abgeleitet:
Abbildung: 24h-gemittelte tägliche „spezifische“ Strahlungsleistung der Sonne in Abhängigkeit von der Jahreszeit und der geographischen Breite über ein Jahr Links: Abbildung 22b „solar radiation reaching the Earth’s surface“ aus Kramm et al. (2017) „Using Earth’s Moon as a Testbed for Quantifying the Effect of the Terrestrial Atmosphere” (Creative Commons License CC BY 4.0) Rechts: Abbildung 2.6 von Dennis L. Hartmann für die Außengrenze der Atmosphäre aus “Global Physical Climatology”, Chapter 2 Volume 56 in the INTERNATIONAL GEOPHYSICS SERIES, ACADEMIC PRESS 1994
Bis auf eine fehlende Darstellung der „0W/m²“-Linie auf den Polkappen bei Kramm et al. (2017) erscheinen beide Darstellungen zunächst einmal völlig gleich. Die unterschiedlichen Werte für die Maximaleinstrahlung am Pol der jeweiligen Sommerhemisphäre zeigen sogar, dass in beide Berechnungen die Elliptizität der Erdbahn eingegangen ist. In beiden Graphiken fallen am Nordpol über 500 W/m² und am Südpol über 550 W/m² an; denn der Südsommer fällt auf die sonnennahe Seite der Erdbahn (Perihel), während die Sonne im Nordsommer auf deren entfernter Seite (Abhel) steht. Die Übereinstimmung beider Abbildungen ist aber insofern höchst verwunderlich, weil Kramm et al. (2017) eindeutig von „solar radiation reaching the Earth’s surface“ sprechen, während Dennis L. Hartmann (1994) die „Mittlere tägliche Einstrahlung an der Außengrenze der Atmosphäre“ darstellt. Schließlich machen zwischen der Außengrenze der Atmosphäre und der Erdoberfläche die Wolken bereits etwa 70 Prozent der Erd-Albedo von etwa 0,3 aus, und eine dauerhafte Eisbedeckung dürfte sich eher positiv auf die örtliche Albedo auswirken. Ohne den verantwortlichen Lead-Autor unnötig in Aufregung versetzen zu wollen, sollten sich Kramm et al. ihre Abbildung 22b also unbedingt noch einmal genauer anschauen; denn hier wäre dringend ein wissenschaftliches Korrigendum anzuraten.“
Ich kenne niemanden, der mit 24-Stunden-Mittel der solaren Einstrahlung arbeitet. Damit kann man naemlich weder Tagesgaenge der absorbierten solaren Strahlung noch Tagesgaenge einer Oberflaechentemperatur berechnen. Webers Behauptungen sind also frei erfunden.
Im Falle der Arbeit von Kramm et al. (2017) wird zudem die lokale Energiebilanzgleichung verwendet,
R dTslab/dt = (1 – α) FS,↓ – ε σ Tslab^4 – Hsoil
Hierin sind R = c ρ d der thermische Inertialkoeffizient, c die spezifische Waerme, ρ die Dichte, Tslab die Temperatur und d = 2 cm die Dicke einer duennen Schicht („slab“) des Regolith sind, die nach aussen durch die Oberflaeche begrenzt wird. Weiterhin sind FS,↓ die solare Einstrahlung, α die lokale Albedo im solaren Bereich, ε das lokale Emissionsvermoegen, σ die Stefansche Konstante und Hsoil der Waermefluss im Regolith, der den Austausch von Waerme zwischen dem „slab“ und der darunterliegenden Schicht des Regolith von 3,2 m Dicke beschreibt. Der Waermetransfer in dieser 3,2 m dicken Schicht wird mit einem numerischen Vielschichtmodell simuliert.
Zur zeitlichen Integration der obigen Energiebilanzgleichung wird das Gearsche Verfaehren verwendet, was in der numerischen Mathematik sehr bekannt ist (siehe auch C. William Gear – Wikipedia). Es steuert den Zeitschritt und die Ordnung (quasi-)automatisch. Der Zeitschritt der Integration bewegt sich im Sekundenbereich, wobei der maximale Zeitschritt 600 s betraegt, denn nach jeweis 600 s werden die Ergebnisse der Integration rausgeschrieben. Die solare Einstrahlung und der Waermetransfer im Regolith werden bei jedem Zeitschritt berechnet. Die zur Berechnung der solaren Einstrahlung erforderlichen astrometrischen Groessen werden mit der „planetary and lunar ephemeris“ DE430 des JPL, CalTech ermittelt. Das ist alles in der Arbeit von Kramm et al. (2017) dokumentiert. Folglich frage ich mich, ob Weber die Arbeit kennt? Diese Frage ist berechtigt, weil er sogar eine Abbildung dieser Arbeit zugeordnet hat, die gar nicht darin enthalten ist.
Es fallen also pro Tag 144 Ergebnis-Datensaetze an, insgesamt 52598 Datensaetze pro Jahr. Es ist deshalb unabdingbar, dier Ergebnisse zusammenzufassen, z.B. als Tagesmittel. Darauf beruht die Abbildung 22 bei Kramm et al. (2017). Und da Weber nicht in der Lage ist, zwischen Eingangsdaten udn Ergebnisse zu unterscheiden, obwohl ich es ihm schon vorher mehrfach erlaeutert hatte, behauptet er, Kramm et al. (2017) haetten mit 24-Stunden-Mittel der solaren Einstrahlung gearbeitet.
Da die Modellsimulationen von Kramm et al. (2017) der Berechnung des globalen Mittels einer Erde ohne Atmosphaere durchgefuehrt wurden, um den atmosphaerischen Effekt zu quantifizieren, sind die Behauptungen von Weber
„Schließlich machen zwischen der Außengrenze der Atmosphäre und der Erdoberfläche die Wolken bereits etwa 70 Prozent der Erd-Albedo von etwa 0,3 aus, und eine dauerhafte Eisbedeckung dürfte sich eher positiv auf die örtliche Albedo auswirken.“
nur noch als aeusserst merkwuerdig zu bezeichnen. Wenn keine Atmosphaere und keine Ozeane existieren, existieren auch keine Wolken. Im Falle von Ozeanen wuerde auf Grund des Phasengleichgewichtes zumindest eine Wasserdampfatmosphaere existieren. Dass die solare Einstrahlung nicht von der Reflektion abhaengt, sollte selbst Weber wissen.
Dass die Ergebnisse von Hartmann (1994) fuer die Obergrenze der Atmosphaere und von Kramm et al. (2017) fuer die Oberflaeche einer Erde ohne Atmosphaere nahezu gleich sind (selbst eine Dicke der atmosphaerischen Schicht von 1000 km wuerde daran wenig aendern) ueberrascht niemanden, der mit der Materie vertraut ist.
Es ist allerdings merkwuerdig, dass Weber in seinem Beitrag folgendes erwaehnt:
„Anmerkung: Die maximale spezifische Strahlungsleistung unter dem Zenitwinkel von 66,6° zur Sommersonnenwende am jeweiligen Pol der Sommerhemisphäre (abgeleitet von der Solarkonstanten S0=1.367W/m² ohne Erdbahn-Elliptizität) beträgt:“
Er betrachtet also den Orbit des Erde-Mond-Baryzentrum ist Kreisbahn. Da der nahezu elliptische Orbit von 147,1 Millionen km (Perihel, Anfang Januar) bis zu 152,1 Millionen km (Aphel, Anfang Juli) variiert, frage ich mich natuerlich, was man von jemandem zu halten hat, der einen Unterschied von etwa 2,5 Millionen km nicht beruecksichtigt. Von einem ausgebildeten Geophysiker darf man wohl erwarten, dass er in der Lage ist, die Kepler-Gleichung zu loesen, auch wenn das nur numerisch-iterativ moeglich ist.
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Aber es geht doch um die Einstrahlung! Lesen sie bitte noch mal nach!
Eben. Die ja in Summe keine thermische Strahlung des Klimasystems darstellt und weshalb – wie jeder inzwischen hier weiß – mit dem Stefan-Boltzmannschen keinen direkten Zusammenhang hat.
Was meinen sie?
Das man bei einem natuerlichen Koerper, der von einer Punktstrahlquelle Waerme nur ueber Strahlung erhaelt und dann ueber Strahlung wieder abgibt, anhand der Strahlstaerke der Einstrahlung keine Aussage ueber die Temperatur des Koerpers machen kann?
Und der Grund waere, das es keinen Koerper gibt bei dem die Abstrahlflaeche die gleiche Groesse wie die Einstrahlflaeche hat?
@Werner Schulz
an der Grenzflaeche Erde-Atmosphaere existiert auf der lokalen Skala im allgemeinen kein Strahlungsgleichgewicht; auf der globalen Skala existiert es grundsaetzlich nicht, was das Energieschema von Kiehl & Trenberth (1997) dokumentiert:
Der Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes ist im Falle der realen Erde vollkommen ungeeignet. Selbst im Falle des Mondes liefert er fuer mehr als die Haelfte eines synodischen Monats falsche Ergebnisse.
Ich meinte das, was ich schrieb. Das stimmt offensichtlich mit keinem Ihrer Auflistungen überein.
Sie sollten daher grundsätzlich lernen, zwischen Aussagen (faktisch und zitierbar) und Folgerungen (die in ihrem Falle i.d.R. nicht mal logisch aus den Aussagen folgen). Sie werden also in Ihren Antworten in Zukunft zunächst in eigenen Worten die Aussagen von mir wiedergeben, und davon sichtlich getrennt Ihre (bislang i.d.R. stets falschen) Schlußfolgerungen machen. Das macht es für alle einfacher. Denn i.d.R. scheitern Sie ja – wie jeder weiß – am korrekten Verständnis der Aussage Ihres Diskussionspartners.
„Nur soviel, der Erdboden strahlt im globalen Mittel mit 390 W/ m2 ab“
Herr Krüger,
ist das so? Gibt ab, aber strahlt? Immerhin, auf dem Mond ohne Wasser und Luft hätten Sie ohne Zweifel recht. Dort gibt es keine andere Möglichkeit für die Abführung der Wärme. Die Praxis (Realität) zeigt, dass ein Heizkörper 80 – 85% seiner Wärme über Konvektion an die Luft abgibt, dementsprechend nur 15 – 20% über Strahlung. Bei der „Fussbodenheizung“ Erdoberfläche soll das anders sein, dass alle Wärme über Strahlung abgegeben wird, nur weil sie durch Strahlung aufgenommen worden ist? Der Wärme ist es sch**** egal, wie sie aufgenommen worden ist. Leider ist Alles etwas komplizierter.
Reiner Müller am 12. Juni 2022 um 7:03
Ja, das ist so. Und es gibt keinen Grund, anzunehmen, warum die Anagbe einer Abstrahlungsleistungsdichte von 3390 W/m2 keine Abstrahlung von 390 Wattsekunden pro Sekunde und Quadratmetet bedeutet.
Die Möglichkeit der Erdoberfläche der Energieabgabe durch Konvektion und Kondensation (latende Wärme) nutzt die Erde ja auch. Dies sind 21 bzw 78 W/m2. Und die 390 W/m2 ist der Anteil durch Strahlung. Ist ganz einfach und weiß inzwischen hier jeder!
@Gerhard Kramm am 11. Juni 2022 um 1:20
Kramm, ich fordere hiermit binnen 24 Stunden Ihren im Kommentar vom 11. Juni 2022 um 1:20 Uhr hier auf EIKE öffentlich versicherten Nachweis ein, dass (Ihr Zitat) „Sie [Weber] nachweislich ueber keine adaequate Ausbildung in den akademischen Fachgebieten Physik, Geophysik, Meteorologie Mathematik, Astronomie etc. verfuegen“.
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@ All
Ich bedanke mich bei der EIKE-Redaktion für die Veröffentlichung meines Beitrags und die einleitenden Worte. Weiterhin bedanke ich mich bei den aufmerksamen Kommentatoren für den Hinweis auf Gleichung (2).
Zu stefan strasser am 5. Juni 2022 um 19:31 und Günter Heß am 9. Juni 2022 um 10:26: Diese Kritik geht klar an meinem hemisphärischen S-B-Modell vorbei und trifft dafür den konventionellen Ansatz voll, der die eingestrahlte solare Gesamtenergie als 24h-Leistungsdurchschnitt berechnet und damit eine Erhöhung der empfangenen Strahlungsleistung in Form eines sogenannten THE erfordert.
Zu Eike Roth am 6. Juni 2022 um 11:59: Mit einer Abweichung von deutlich unter ± 10 % hatte ich die Gültigkeit der S-B-Inversion für die Tagseite unseres Mondes (hier und hier) bereits nachgewiesen.
Zitat Thomas Heinemann am 7. Juni 2022 um 11:10, „… Aus der Strahlungsleistung eines nicht-thermischen Spektrums eines Körpers auf eine Temperatur des strahlenden Körpers zu schließen ist Unsinn“.
Man kritisiert die S-B-Inversion offenbar, ohne die Hintergründe gelesen zu haben, Zitat aus meinem Artikel: „Wohlgemerkt: JEDE Berechnung einer Temperatur aus der spezifischen Strahlungsleistung nach dem S-B-Gesetz stellt eine S-B-Inversion dar, auch die fehlerhafte konventionelle 24h-Tag=Nacht- Berechnung einer sogenannten „Gleichgewichtstemperatur“ von (-18°C) aus 235 W/m² @4PiR²!“
Zur Frage von Günter Heß am 8. Juni 2022 um 14:09: Im Berechnungsschema heißt es dort, „Summation von 0°-90° über konzentrische Mantelringe von 1° Breite“. Diese Mantelringe von 1° werden als Differenz der Mantelflächen zweier Kugelsegmente mit den Winkeln Theta (=0°-89°) und Theta+1° des Basiskreises berechnet.
Zu den hausgemachten sophistischen Skandalisierungen von Gerhard Kramm am 9. Juni 2022 um 21:24 Uhr:
Kramm 1) = Falsch: „seine [Webers] Berechnungen“ zur Tageslänge (Titelfoto) sind gar keine, sondern vielmehr eine klar gekennzeichnete Fremdabbildung mit Quellenangabe.
Kramm 2) = Falsch: Williams et al. (2017) bestätigen ausdrücklich die Richtigkeit des hemisphärischen S-B-Ansatzes für die Tagseite des Mondes.
Kramm 3) = Falsch: Es wurde schon längst nachgewiesen, dass der hemisphärische S-B-Ansatz auch den tagseitigen Verlauf der Oberflächentemperatur an der Landestelle der Apollo 15-Mission abbilden kann.
Kramm 4) = Falsch: Das hemisphärische S-B-Modell funktioniert nachweislich auf der Tagseite des Mondes. Die Unterschiede zur realen Erde wurden in der Vergangenheit ausführlich diskutiert und begründet, beispielsweise hier.
Herr Weber, ich schrieb: „Damit auch auf der nicht bestrahlten Nachtseite der solare Mittelwert [statt 0 K] +15 Grad wird – wie Uli Weber ja fälschlich behauptet – würde eine zweite Sonne (!) benötigt“. Genau das ist doch der Kardinalfehler Ihres Hemisphärenmodells, aber dazu nehmen Sie (absichtlich?) keine Stellung.
Sie und ihre zweite Sonne. Sie vergessen, das in einer guten Isolierung die Temperaturen sich nur langsam aendern.
In der Nacht kommt zwar keine Waerme mehr hinzu, wenn sie aber etwas im Durchschnitt auf 28 Grad C erwaermen, dann sollte es nicht verwundern, das sich die Erde nicht auf 0 K runterkuehlt, nur weil die Sonne weg ist.
Entweder verringert die Atmosphaere den Kuehlprozess oder nicht.
Herr Schulz, Sie haben immer noch nicht die Rechnung von Prof. Gerlich verstanden. Auf der (nicht rotierenden) Tagseite entsteht ein Mittelwert von +15 Grad wenn die Strahlung der Sonne (abzüglich Albedo) absorbiert und überall lokal gemäss Sigma•T^4 wieder abgestrahlt wird. Eine isolierende Atmosphäre mit Gegenstrahlung existiert ja nicht – und ebenfalls nicht bei Herrn Weber. Wenn auch auf der Nachtseite (fast) derslbe Mittelwert herrschen soll, ist dort eine 2. Sonne erforderlich. Wenn wir nun die Erdrotation einleiten, ändert sich an der Bestrahlung nichts und auch nichts an der Tatsache dass die Abstrahlung der Erde ebenso hoch ist wie die Einstrahlung. Lediglich Temperaturunterschiede werden über Speicherung ausgeglichen.
Herr Dietze,
bitte projeczieren sie nicht ihr Unwissen auf mich oder andere.
Bitte belegen sie das es eine solche Aussage bei der Arbeit von Gehrlich gibt:
Sie sollte die Arbeit von Gehrlich nicht misspraesentieren, um mir Unwissen vorzuwerfen.
Die Atmosphaere isoliert die Erde vom Weltraum. Falls sie andere Erkenntnisse haben, dann sollten sie diese gruendlich pruefen.
Auch wenn die Sonne auf der Nachtseite weg ist, die Isolation durch die Atmosphaere ist noch da.
Das die Atmosphaere nicht waermend wirkt, merkt man daran, das es sich Nachts abkuehlt.
Vielleicht lernen sie von ihrer eigenen Rechnerei, das man mit der Einstrahlung keine Temperaturen vorausbestimmen kann. Sind sie noch lernfaehig?
@ Weber
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Das Argument mit der Tagseite ist absurd, weil ein physikalisches Gesetz wie die lokale Energiebilanzgleichung nicht davon abhaengt, welche Uhrzeit herrscht.
Natuerlich ist die Verteilung der Stunden des Tageslichtes nicht von Ihnen. Das habe ich auch nicht behauptet. Aber Sie verwenden diese Abbildung. Und die Berechnung des halben Tagesbogen, der dazu erforderlich ist, beruht auf der Wienerschen Formel, die Sie voellig ignorieren. Sie haben sich selbst vorgefuehrt, denn Sie missachten, dass die Erde rotiert.
Der von Ihnen verteidigte Begriff „Stefan-Boltzmann-Temperaturinversion“ ist inadaequat, weil er nur in Zusammenhang mit dem von Ihnen verwendeten Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes vorkommt. Dieser Ansatz ist jedoch eine unzulaessige Approximation der lokalen Bilanzgleichung fuer die Energie. Und dieser Sachverhalt ist, wie bereits zigfach dargelegt, seit Wesselink (1948) bekannt.
Williams et al. (2017) bestaetigen nur, dass fuer eine gewisse Zeit, wenn genuegend solare Einstrahlung existiert, der Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes brauchbare Werte liefert, was man auch schon bei Wesselink (1948) nachlesen kann. Fuer mehr als die Haelfte eines synodischen Monats liefert dieser Ansatz jedoch falsche Ergebnisse.
Sie bestaetigen mit Ihrem Hinweis einmals mehr, dass der von Ihnen verwendetet Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes, auf dem Ihr hemisphaerischer Stefan-Boltzmann-Ansatz beruht, keine neue Erkenntnis geliefert hat. Zudem wurde dieser Ansatz bereits von Gerlich & Tscheuschner (2009) ausfuehrlich diskutiert und damit auch die Verteilung der lokalen Oberflaeschentemperaturen sowie das darauf beruhende globale Mittel berechnet, und zwar um nachzuweisen, dass die effektive Strahlungstemperatur nicht eindeutig und folglich zu verwerfen ist.
Sie schrieben in Ihrem Beitrag vom 1. Februar 2017 (Wer im Treibhaus sitzt… | EIKE – Europäisches Institut für Klima & Energie (eike-klima-energie.eu) )
„Ausdrücklich hervorzuheben ist zunächst, dass es sich bei meinem Artikel um eine Auseinandersetzung mit dem herkömmlichen Ansatz für die Berechnung der Schwarzkörpertemperatur unserer Erde nach dem Stefan-Boltzmann Gesetz handelt, aus der sich dann meine Kritik am Treibhauseffekt herleitet – nicht mehr, aber auch nicht weniger. Die einzige sachdienliche Kritik an meinen Ausführungen, die ich überhaupt erhalten hatte, bestand bisher in einem Verweis auf die Veröffentlichung „Falsifizierung der atmosphärischen CO2 –Treibhauseffekte im Rahmen der Physik“ von Gerhard Gerlich und Ralf D. Tscheuschner, hier zur deutschen Übersetzung. Dort wird aber lediglich darauf hingewiesen dass die Stefan-Boltzmann Konstante s von der Geometrie des betrachteten Problems abhängig sei und dass das T4-Gesetz bei einer Integration über ein gefiltertes Spektrum nicht mehr gelte. Und daher scheitern schon einmal alle Kritiker, die meine Arbeit in diesen oder einen anderen Kontext zu stellen suchen genau daran, dass sich eine solche Argumentation natürlich ebenso gegen die herkömmliche, und meines Erachtens nach falsche, Herleitung des Treibhauseffektes aus der S-B Schwarzkörperberechnung für unsere Erde richten muss.“
Vor dem Hintergrund, dass Gerlich & Tscheuschner (2009) etwa sieben Seiten ihrer Arbeit dazu verwendeten, Ansaetze zur Berechnung der lokalen Oberflaechentemperatur zu diskutieren, darf man wohl schlussfolgern, dass Sie diese Arbeit wohl nicht kennen wollten. Sie haben Sie auch danach nicht zitiert, obwohl ich Sie am 14. Juli 2017 per e-mail darauf aufmerksam machte, dass dieser Ansatz bereits von Gerlich & Tscheuschner (2009) verwendet worden war.
Williams et al. (2017) haben nicht nur die Temperaturverteilung auf der Tagseite des Mondes, sondern vor allem auf seiner Nachtseite sowie den Einfluss des Mond-Regolith an Hand des „Diviner Lunar Radiometer Experiment“ (DLRE) diskutiert. Mit Ihrem Ansatz schliessen Sie sowohl die Nachtseite als auch den Waermetransfer im Mond-Regolith aus. Hinzu kommt, dass Sie auch nicht die thermische Traegheit des Systems beruecksichtigen.
In ihrem Unterkapitel „4.4. Minimum and maximum temperatures“ schrieben Williams et al. (2017):
„Daytime temperatures on the Moon are approximately in radiative equilibrium. For slowly rotating bodies with low thermal inertias like the Moon, heat diffusion models predict surface temperatures at the equator within ∼1 K of radiative equilibrium between local time hours 8 and 16 (i.e. incidence angles < 60 °) ( Vasavada et al., 2012; Bandfield et al., 2015 ). Maximum temperatures therefore occur at noon and will depend on the albedo while being sensitive to the orbital and celestial geometry. The minimum temperatures will occur just prior to local sunrise and are dependent on the thermophysical properties of the near-surface. Maximum and minimum global surface temperature maps are shown in Fig. 18 .
The mean temperature at the equator is 215.5 K with an average maximum of 392.3 K and average minimum of 94.3 K ( Fig. 19 ), representing an average change in temperature of ∼300 K. Average maximum and minimum temperatures in the polar regions (poleward of 85 °) are 202 K and 50 K respectively with a mean average temperature 104 K. Mean maximum temper- atures in the south polar region are ∼11 K warmer than the north polar region, however the average minimum temperatures are the same at both poles. This discrepancy is likely due to differences in the distribution and configuration of the topography which is the dominant control of polar temperatures on the Moon. The south polar topography is more rugged, displaying a larger range of elevations ( Smith et al., 2010 ).“
Die in rot gehaltenen Tempertauren, koennen dem nachfolgenden Diagramm entnommen werden.
Verteilung der zonalen Mittel der bolometrischen Temperatur, T_bol, des DLRE für eine subsolare Länge von φ_ss = 180°E (Williams et al., 2017) sowie der „slab“-Temperatur, T_slab, die auf den Modellsimulationen mit Hilfe der “multilayer-force-restore method“ beruhen (Kramm et al., 2017), sowie der Oberflächentemperatur, T_eq, die sich aus einem lokalen Strahlungsgleichgewicht ergibt. Die Werte von T_eq wurden bereits von Kramm et al. (2017) zur Überprüfung der Lösung von Gerlich und Tscheuschner (2009) berechnet.
Diese Verteilungen liefern fuer die globalen Mittel (a) 200 K fuer die bolometrischen Temperatur nach Williams et al. (2017), (b) 197,9 K fuer die „slab“-Temperatur nach Kramm et al. (2017) und (c) 148,4 K fuer die auf dem lokalen Strahlungsgleichgewicht beruhenden Verteilung der Oberflaechentemperatur.
Der Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes, auf dem Ihr Stefan-Boltzmann-Ansatz beruht, liefert im Realfall des Mondes Ergebnisse, die auf Grund der Beobachtungen des DLRE vollkommen bedeutungslos sind.
Ueber die Temperaturmessungen an der Landestelle der Apollo-15 Mission berichtet die Arbeit von Keihm et al. (1973). Darin heisst es abschliessend:
„From theoretical daytime temperatures and the nighttime measurements, a mean surface temperature of 207°K has been calculated for the Apollo 15 site. A value about 4°K higher would be representative of the Hadley Rille site if there were no occlusion of the early morning sun due to topographic effects.“
Die numerischen Simulationen mit dem Modell von Kramm et al (2017), die fuer 12 synodische Monate durchgefuehrt wurden, lieferten als zonales Mittel 208 K, der Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes 156 K. Auch das wissen Sie schon seit dem 14. Juli 2017.
Da sowohl das Modell von Vasavada et al. (2012), was auf der stationaeren Version der lokalen Energiebilanzgleichung beruht, als auch das Modell von Kramm et al. (2017), was auf der instationaeren Version beruht, im Falle des Mondes fuer Tag- und Nachtseite Ergebnisse liefert, die mit den Beobachtungen des DLRE vereinbar sind, ist Ihr hemisphaerischer Stefan-Boltzmann-Ansatz ist so ueberfluessig wie ein Kropf.
@ Weber
Die globale Mittelung der oberflaechennahen Luftemperatur T von etwa 288 K beruht auf der Definition des globalen Mittels.
〈T〉 = 1/(4 π) ∫∫ T(θ,φ) sin θ dθ dφ
wobei θ der Zenitwinkel und φ der Azimutwinkel eines sphaerischen Koordinatensystems sind. Fuer diese Winkel gilt:
0 ≤ θ ≤ π
sowie
0 ≤ φ ≤ 2 π
wobei θ = 0 dem Nordpol entspricht, und φ = 0 ueblicherweise dem Greenwich-Meridian zugeordnet wird.
Jeder Verleich einer anderen global gemittelten Temperatur 〈T*〉 mit diesen 〈T〉 ≅ 288 K, erfordert, dass die Berechnung von 〈T*〉 ebenfalls auf dieser Definition des globalen Mittels beruht. Das ist im Falle Ihrers hemisphaerischen Stefan-Boltzmann-Ansatz nicht der Fall. Sie vergleichen also Aepfel mit Birnen.
Uebrigens enthaelt Ihre Darstelung der von Prof. Gerlich vorgenommenen globalen Mittelung einen Fehler, der den Sinn entstellt. Es muss heissen:
„Man erkennt sofort, daß man die vorne angegebenen „mittleren“ effektiven Temperaturen erhält, wenn man die rechte Seite durch σ teilt, T^4 über die Kugeloberfläche mittelt und dann die vierte Wurzel zieht:“
Weiterhin sollte man vermerken, dass die Variable μ folgendermassen definiert ist:
μ = cos θ
Das ist in der Arbeit von Gerlich & Tscheuschner (2009) dargelegt.
Warum Sie sich auf die schriftliche Zusammenfassung eines Vortrags von Prof. Gerlich beziehen, die er im Jahr 1995 in Leipzig hielt, ist merkwuerdig, denn diese schriftliche Zusammenfassung gilt allenfalls als „graue“ Literatur. Bei Gerlich & Tscheuschner (2009) handelt es sich um einen „Review Article“, der nach einem langwierigen „peer-review process“ im International Journal of Modern Physics B erschien:
FALSIFICATION OF THE ATMOSPHERIC CO2 GREENHOUSE EFFECTS WITHIN THE FRAME OF PHYSICS | International Journal of Modern Physics B (worldscientific.com)
Man sollte wohl den gravierenden Unterschied in der fachlichen Bedeutung beachten.
@Admin
Die SB Inversion des Herrn Weber enthält einen handwerklichen Integrations-Fehler der letztendlich dazu führt, dass er die Temperatur mit einer verdoppelten Einstrahlung berechnet.
Dieser Fehler zieht sich durch all seine Artikel.
Obwohl nachts die Sonne scheint, nur nicht da wo Nacht ist, sollte doch die Leistung nur dann angegeben werden, wann und, im Falle der Einstrahlung der Sonne, auch da, wo sie erbracht wird.
Da sie den Faktor 2 erwaehnen und scheinbar der Meinung sind, das man den Sonnenschein auch auf einer Flaeche die nicht zeitgleich beschienen wird, umlegen kann, berechnen sie auch immer Fahrleistungen unter Beruecksichtigung der Stillstandszeiten?
Die Frage welche Temperaturen die Sonne auf der Erde theoretisch erzeugen kann, wird mit der Einstrahlleistung und Winkelstellung der Sonne geklaert. Demnach hat die Sonne die Kraft und Strahlstaerke, um die Erde auf ueber 100 Grad C zu erwaermen. Im Durchschnitt ueber die Einstrahlflaeche kommen 30 Grad C raus. Man braucht keine atmosphaerische Strahlung, um Temperaturen ueber 15 Grad C zu erreichen. Das macht die Sonne.
Der Rest ist eine Betrachtung der Atmosphaere als Isolation des Planeten und der Energie als Waerme.
Wer an der Grenzflaeche Atmosphaere und Planet, da wo wir die Temperaturen messen, ueber die hier diskutiert wird, nur die Strahlung betrachtet, verstosst gegen die gueltigen Prinzipien der Thermodynamik.
@Werner Schulz
1) Im 21. Jahrhundert sollte man wissen, dass die Erde rotiert. Folglich ist fuer jeden Punkt an der Obergrenze der Atmosphaere (bzw. an der Oberflaeche einer Erde ohne Atmosphaere), gekennzeichnet durch Laengen- und Breitengrad, die taegliche solare Einstrahlung zu ermitteln. Das spiegelt die seit vielen Jahrzehnten bekannte Verteilung der taeglichen solaren Einstrahlung wider:
Zur Berechnung dieser Verteilung dient die Formel von Wiener (1877, 1879), mit der der Breitengrad, die Deklination der Sonne und der Stundenwinkel beruecksichtigt wird. Mit dem Stundenwinkel wird der ortsabhaengige Tagesgang der solaren Einstrahlung infolge der Erdrotation beruecksicht. Die saisonale Variation der solaren Einstrahlung haeng von der Deklination der Sonne infolge der Schraegstellung der Rotationsachse ab. Hinzu kommt noch das sog. Abstand-Quadrat-Gesetz, mit dem die Variation des heliozentrischen Abstandes des Erde-Mond-Baryzentrums waehrend des Umlaufs um die Sonne erfasst wird. Das ist seit vielen Jahrzehnten Lehrbuchwissen.
Die obige Verteilung der Stunden des Tageslichtes beruht auf der Wienerschen Formel, denn diese dient auch dazu, den halben Tagesbogen zu berechnen. Damit ist die ortsabhanegige Zeitspanne zwischen Sonnenaufgang und solarem Mittag bzw. zwischen solarem Mittag und Sonnenuntergang gemeint. Mit dieser Verteilung der Stunden des Tageslichtes hat der EIKE-Autor Weber sich selbst vorgefuehrt, denn in seine Berechnungen geht der Stundenwinkel und folglich die Rotation der Erde nicht ein.
Die globale Mittelung ueber diese Verteilung der taeglichen solaren Einstrahlung liefert S/4, wobei S = 1361 J/(m^2 s) die sog. Solarkonstante ist. Auch das ist Lehrbuchwissen (siehe z.B. Milankovitch, 1941).
2) Der von dem EIKE-Autor Weber verwendete Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes schliesst jegliche thermodynamische Betrachtung aus. Auf diesen Ansatz verweist der EIKE-Autor Weber selbst in seinem Beitrag „Das haut sogar ein Pferd um: Die Deutsche Geophysikalische Gesellschaft und ihr Verständnis für wissenschaftliche Diskussionen jedweder Art | EIKE – Europäisches Institut für Klima & Energie (eike-klima-energie.eu)“
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The lunar regolith is highly insulating due to its low density and thermal conductivity (Linsky, 1966, Cremers and Birkebak, 1971, Keihm and Langseth, 1973) and therefore heat flow into the subsurface during the day is small compared to the incident solar flux (Vasavada et al., 1999, 2012). Daytime temperatures can therefore be approximated from the balance of incoming solar flux and outgoing thermal emission:”
Der Google-Übersetzer: „Der Mondregolith ist aufgrund seiner geringen Dichte und Wärmeleitfähigkeit hochisolierend (Linsky, 1966, Cremers und Birkebak, 1971, Keihm und Langseth, 1973) und daher ist der Wärmefluss in den Untergrund während des Tages im Vergleich zum einfallenden Sonnenfluss gering (Vasavada et al., 1999, 2012). Die Tagestemperaturen können daher aus dem Gleichgewicht des einfallenden Sonnenflusses und der ausgehenden Wärmeabgabe angenähert werden:“
Also: Bis auf eine Emissivität EPSILON von 0,95 (WEBER 2019 ohne Speicherung: EPSILON = 1) und einer breitenabhängigen Albedo (WEBER 2019: Albedo = const.) entspricht mein hemisphärischer S-B-Ansatz dem Ansatz von Williams et al. (2017) für die Tagseite des Mondes, Zitat (übersetzt): „Die Tagestemperaturen können daher aus dem Gleichgewicht des einfallenden Sonnenflusses und der ausgehenden Wärmeabgabe angenähert werden“.
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Da die Arbeiten von Vasavada et al. (2012) sowie Williams et al. (2017) sich intensiv mit der Wirkung des Mond-Regoliths beschaeftigen, ist die Ausklammerung des Mond-Regoliths mit Hilfe des Ansatzes des lokalen Strahlungsgleichgewichtes nicht nachvollziehbar. Eine Oberflaeche kennt z.B. weder eine Dichte noch eine spezifische Waermekapazitaet noch eine Waermeleitfaehigeit. Da der EIKE-Autor Weber zudem weder die ortsabhaengige solare Albedo noch das ortsabhaengige Emissionsvermoegen beruecksichtigte, fragt man sich, was seine Ergebnisse wert sind.
Dass der Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes fuer mehr als die Haelfte eines synodischen Monats falsche Ergebnisse liefert, ist seit Wesselink (1948) bekannt. Folglich ist der Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes eine unzulaessige Approximation der lokalen Energiebilanzgleichung. Und nur diese lokale Energiebilanzgleichung laesst thermodynamische Betrachtungen zu.
3) Da der Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes und seine Schwaechen seit mehr als 70 Jahren bekannt sind, fragt man sich natuerlich, weshalb jemand staendig seinen hemisphaerischen Stefan-Boltzmann-Ansatz als neue Erkenntnis anbietet, der auf dem Ansatz des loklaen Strahlungsgleichgewichtes beruht. Das geht soweit, dass der EIKE-Autor Weber sogar seinen hemisphaerischen Stefan-Boltzmann-Ansatz damit begruenden will, dass er damit fuer eine gewisse Zeitspanne den Verlauf der Oberflaechentemperatur an der Landestelle der Apollo 15-Mission nachrechnen konnte. Das bezieht sich allerdings nur auf einen Breitengrad und nicht auf eine Hemisphaere. Und nach Keihm et al. (1973) betraegt das zonale Mittel der Oberflaechentemperatur fuer diese Modlandestelle etwa 211 K, aber der Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes liefert fuer das zonale Mittel nur etwa 156 K.
Wuerde ein Baustatiker argumentieren, dass die Beruecksichtigung von Schneelasten bei der statischen Berechnung eines Daches nicht erforderlich ist, weil die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass es im Sommer in den mittleren Breiten schneit (nach Weber im uebertragenen Sinne der Unterscheid zwischen Theorie und Praxis), so wuerde man ihn aus dem Verkehr ziehen. Aber es werden wohl noch weitere Erguesse zum hemisphaerischen Stefan-Boltzmann-Ansatz auf der Webseite von EIKE erscheinen, um EIKE restlos der Laecherlichkeit preiszugeben
4) Da an der Grenzflaeche Erde-Atmosphaere auf der lokalen Skala im allgemeinen kein Strahlungsgleichgewicht existiert (auf der globalen Skala existiert es grundsetzliche nicht) . ist der Ansatz des lokalen Strahlungsgleichgewichtes im Falle der realen Erde vollkommen irrelevant. Da helfen auch keine Umgebungstemperaturen, mit denen man das nur lokal gueltige Stefan-Boltzmann-Gesetz zu verfaelschen versucht.
Mir scheint sie haben Herrn Weber angesprochen. Warum haben sie es an mich adressiert?
Trauen sie sich nicht, es Herr Weber direkt zu sagen?
Lesen sie meine Beitraege genau, sonst schreiben sie sich die Haende wund ohne ueberhaupt auf meine Argumente einzugehen.
Sie oben, klingt wie ein Monolog und hat mit dem von mir gesagten kaum was zu tun.
Ich kann vielen Ihrer Punkte zustimmen, nur einem nicht, das man eine Leistung auf eine Flaeche umlegt, die keine Leistung erhaelt.
Sie koennen keinen Schweissbrenner erklaeren indem sie die Brennwaerme immer auf die gesamte Werkstueckflaeche umrechenen. Wenn sie das tun, kommt raus, das ein Schweissbrenner nicht funktioniert. Vielleicht kommt die Waerme ja von der Hallendecke. Immerhin strahlt die eine gehoerige Portion Energie ab.
Sie muessen nicht darauf antworten.
mfg Werner
@ Werner Schulz
Mein Kommentar ist auch als e-mail verteilt worden. Weber stand auf der Liste der Adressaten.
Es ging im wesentlichen um den Faktor 2. Sie schrieben als Antwort an Guenter Hess:
„Da sie den Faktor 2 erwaehnen und scheinbar der Meinung sind, das man den Sonnenschein auch auf einer Flaeche die nicht zeitgleich beschienen wird, umlegen kann, berechnen sie auch immer Fahrleistungen unter Beruecksichtigung der Stillstandszeiten?“
Offensichtlich halten Sie diesen Faktor fuer korrekt. Ich muss Sie leider enttaeuschen. Webers Ergebnis ist nachweislich falsch, weil er die Rotation der Erde nicht beruecksichtigt. Sie koennen es bei Kramm (2020), „Bemerkungen zur Gleichung von Gerlich und Tscheuschner zur Berechnung der global gemittelten Oberflächentemperatur einer Erde ohne Atmosphäre“ nachlesen, der unter
(99+) Bemerkungen zur Gleichung von Gerlich und Tscheuschner zur Berechnung der global gemittelten Oberflächentemperatur einer Erde ohne Atmosphäre 1 | Gerhard Kramm – Academia.edu
zu finden ist. Neben der exakten analytischen Loesung fuer die Aequinoktien existiert noch das Ergebnis der zeitlichen Integration fuer das Jahr 2010. Nach Kramm et al. (2017) ergibt sich fuer das globale Mittel der solaren Einstrahlung 340,2 W/m^2. Das entspricht dem vierten Teil der Solarkonstanten.
Ihre Behauptung, dass man eine Leistung nicht auf eine Flaeche umlegen kann, ist merkwuerdig. Die Einheit des Poynting-Vektors
S = E × H
ist die einer Energieflussdichte, naemlich Joule pro Quadratmeter pro Sekunde (J/(m^2 s). Hierin sind E das elektrische Feld und H das magnetische Feld. Man kann natuerlich die Einheit Joule durch andere Einheiten ersetzen. Unter anderem gilt: 1 J = 1 W s. Deswegen verwenden viele die Einheit W/m^2. Aber es bleibt trotzdem eine Energieflussdichte.
Ich frage mich natuerlich, was Ihre Bemerkung hinsichtlich eines Schweissbrenners soll?
Herr Kramm,
ob Rotation oder nicht. Geometrisch kann die Sonne nicht die gesamte Oberflaeche zeitgleich betrahlen, es sei denn sie dreht sich in einer Sekunde einmal um die eigene Achse.
Ich dachte sie wussten das die Erde sich dreht, dann wissen sie auch wie schnell das ist.
Fakt ist, die Sonne bescheint immer nur einer Hemisphaere.
Ich habe auch nicht gesagt, das man die Leistung nicht auf eine Flaeche umlegen kann, sondern, das man sie nicht auf eine Flaeche umlegen sollte, die von der Leistung nicht betroffen ist.
Es ist insofern nicht verwunderlich das sie das Beispiel mit dem Schweissbrenner nicht verstehen. Vielleicht lesen sie noch mal genau was ich schreibe. Sie sind Akademiker und sollten diese Faehigkeit haben.
@ Werner Schulz
Zitat: Fakt ist, die Sonne bescheint immer nur einer Hemisphaere.
Die Veröffentlichung auf die sich Hr. Kramm bezieht ist: Ludwig Christian Wiener, Über die Stärke der Bestrahlung der Erde durch die Sonne in ihren verschiedenen Breiten und Jahreszeiten, Zeitschrift für Mathematik und Physik 22 (1877)
Die Flächenleistungsdichte oder flächenbezogener Energiestrom bzw. Energiestromdichte eines Strahlers (vektorielle intensive Größe) wirkt an Ort und Stelle der Absorberfläche im Zeitintervall der Bestrahlung und nicht gemittelt über die Zeit und Fläche. Das hängt damit zusammen, dass die wirksame Fläche der Bestrahlung durch den Strahler in diesem Fall die extensive Größe darstellt. Deshalb ist die Berechnung der mittleren täglichen Bestrahlung durch die Sonne nach Ludwig Christian Wiener mit (S/4) energetisch nicht korrekt.
Dazu kann man sich die folgenden zwei Veröffentlichungen anschauen.
Friedrich Hopfner (Geophysiker) war zu seiner Zeit im Fachgebiet der Geodäsie einer der Besten. Die nachfolgende Abhandlung beschreibt die mögliche mittlere tägliche Bestrahlung der Erde durch die Sonne unter verschiedenen Gesichtspunkten.
+ Fr. Hopfner, Mathematische Grundlagen zu einer astronomischen Theorie der Klimaschwankungen, Gerlands Beitr. zur Geoph., Band XV-XVIII, S.157 (1926-27)
Rudolf Ferdinand Spitaler (Meteorologe, Astronom und Physiker) hatte sich auch mit der Problematik der mittleren täglichen Bestrahlung der Sonne auseinandergesetzt. In der nachfolgenden Abhandlung, wo er auch die Mehrdeutigkeit der Definition der mittleren Bestrahlung behandelt, kann man das nachlesen.
+ R.F. Spitaler, Die Bestrahlung der Erde durch die Sonne, Lotos – Zeitschrift für Naturwissenschaften 86 (1938)
http://www.zobodat.at/pdf/Lotos_86_0083-0088.pdf
Die „wahre“ mittlere tägliche Bestrahlung der Sonne beträgt nach Hopfner oder Spitaler 956 W/m² (12h Basis) oder 478 W/m² (24h Basis) anders werden die täglichen Temperaturen der Breitengrade in der Rotationsperiode gar nicht zu erklären. Das ergeben auch die Messungen von ERBE oder CERES. Auch die planetare (sphärische) Albedo der Erde wäre mit dem Ansatz nach Wiener nicht erklärbar.
Mfg
Werner Holtz
=> sollte doch die Leistung nur dann angegeben werden, wann und, im Falle der Einstrahlung der Sonne, auch da, wo sie erbracht wird.
Herr Schulz, Sie haben S-B, also S=Sigma•T^4 noch nicht verstanden. S ist die ABSTRAHLUNG über die Fläche 4PiR² bei einer effektiven Temperatur T, welche (bei relativ geringen deltaT für den größten Teil der Oberfläche) in der Nähe des Mittelwerts liegt. Die Energie dafür wird aber nur über die EINSTRAHLUNG geliefert, d.h. vom Einfangquerschnitt PiR² bzw. Erdschatten.
Herr Prof. Gerlich hat als korrekten solaren Mittelwert für die Tagseite einer nicht rotierenden (!) Erde bei 30% Albedo sowie ohne Gegenstrahlung 288 K (+15 Grad) berechnet – und damit hat die Nachtseite 0 K (-273 Grad). Man beachte dass die Sonne dort wo sie im Zenit steht, maximal +87 Grad erzeugt, aber die Temperatur am Rand der Hemisphäre auf -273 Grad sinkt. Damit auch auf der nicht bestrahlten Nachtseite der solare Mittelwert +15 Grad wird – wie Uli Weber ja fälschlich behauptet – würde eine zweite Sonne (!) benötigt.
Das laienhafte Argument dass die Sonne ja +30 Grad schafft, und daher ohne Treibhauseffekt (Gegenstrahlung) der globale Weber-Mittelwert von +15 Grad plausibel ist, entbehrt jeder Grundlage. Die Sonne (obwohl sie pro Sekunde 600 Mio t Wasserstoff zu Helium fusioniert, mit jedem Gramm des Masseverlusts von 4 Mio t/sec 25 Mio kWh und somit insgesamt 360.000 Billionen GW erzeugt) schafft als Mittelwert über Tag/Nacht am Äquator (!!) lediglich einen Mittelwert von minus 2,5 Grad, was man bei guter Speicherung und einer mittleren Einstrahlung von 1364•0,7/Pi in W/m² mit S-B leicht nachrechnen kann.
Herr Dietze, die Leute die mir hier laufend sagen, das ich was nicht verstanden habe, schaffen es nicht eine ordentliche Erklaerung zu bringen.
Sie gehoeren dazu.
Wie waere es zum Beispiel wenn sie uns mal die 2.5 Grad am Aequator vorrechnen?
Herr Schulz, für die solare mittlere Einstrahlung über Tag/Nacht am Äquator integriert man die Sinuskurve von 0 bis Pi (Tag, 6-18 Uhr) und nimmt davon die Hälfte weil die Sonne nachts nicht scheint. Das ergibt den Faktor 1/Pi. Multipliziert mit 0,7 (30% Albedo) erhält man 304,8 W/m² als Mittelwert über 24 h. Dividiert durch die S-B-Konstante und daraus die 4.Wurzel ergibt 270,8 K, also -2,2 Grad (nicht -2,5). Wenn man genauer als mit dem Mittelwert, d.h. mit Wärmespeicherung und dem realistischen solaren Temperaturverlauf über Tag/Nacht rechnet, ergibt sich für den solaren Mittelwert -3 Grad.
Beobachtet habe ich aber in den Tropen (bei Zenitsonne am Mittag und leichter Bewölkung) etwa +29 Grad im Mittel und eine Schwankung über 24 h von ±6 Grad. Der „Treibhauseffekt“ durch Gegenstrahlung (den Uli Weber bestreitet und fälschlich durch eine doppelte solare Einstrahlung ersetzt) dürfte also bei etwa +32 Grad liegen.
Herr Dietze, und sie behaupten Herr Weber liegt falsch und legen dann eine Rechnung vor, die unter Berücksichtigung von Wärmespeicherung -3 Grad C ergeben sollte?
Wie berücksichtigen sie denn die Wärmespeicherung?
Welche Masse setzen sie an und welche Wärmemengen gehen im System rein und raus?
Herr Schulz, meine Berechnung des solaren Temperaturverlaufs (mit 1364 W/m², sin(phi), 30% Albedo) über Tag/Nacht am Äquator erfolgte im eingeschwungenen Zustand sequentiell im Viertelstundenraster mit einer nach unten und seitlich isolierten, sehr gut leitfähigen Schwarzkörper-Speicherplatte mit 350 Wh/(m²K). Der Speicher entspricht etwa dem Boden bzw. 70 cm Beton. Der Temperaturmittelwert liegt bei -3 Grad (!!) und die Schwankungen betragen etwa ±6 Grad. Die Wärmemengen sind in Wh/m² pro Viertelstunde angegeben.
Herr Schulz, meine Berechnung des solaren Temperaturverlaufs (mit 1364 W/m², sin(phi), 30% Albedo) über Tag/Nacht am Äquator erfolgte mit Excel im eingeschwungenen Zustand sequentiell im Viertelstundenraster mit einer nach unten und seitlich isolierten, sehr gut leitfähigen Schwarzkörper-Speicherplatte mit 350 Wh/(m²K). Der Speicher entspricht etwa dem Boden bzw. 70 cm Beton. Der solare Temperaturmittelwert liegt bei -3 Grad (!!) und die Schwankungen betragen etwa ±6 Grad. Leider ist es mir nicht gelungen, die Ergebnisse als Grafik einzufügen.
Mit welcher Leistung haben sie die Platte gekuehlt?
WErner Schulz am 12. Juni 2022 um 22:48
Ist diese Frage wirklich ernst gemeint? Die „Kühlung“ erfolgt doch offensichtlich durch Abgabe von Energie über Infrarotstrahlung und die ist temperaturabhängig und wird wohl in jedem Rechenschritt berechnet. Sie sollte am Ende zwischen 276W/m² (-9°C) und 329W/m² (3°C) gelegen haben …
(Vielleicht könnte Herr Dietze die Graphiken zusammen mit dem Excel-Sheet nebenan im Forum hochladen, dort kann man Anhänge und Bilder hochladen (die Bilder könnte man dann auch hier per URL einbinden) …)
Na sicherlich!
Aber die Temperaturen am Aquator sind weit ueber 3 Grad C. Um die Platte auf dieser Temperatur zu halten, muss man sie kuehlen. Falls es sich nicht um ein Experiment, sondern nur um eine Rechnung handelt, waere es gut diese Rechnung zu sehen. Aber ich befuerchte, das es sich nicht um eine korrekte Rechnung handelt, da sonst ja die eigentliche Temperatur herrauskommen haette muessen.
Sollte angeblich schon als Link eingebunden gewesen sein.
Martin rohde am 8. Juni 2022 um 22:39
direkt über die Abstrahlung der Erdoberfläche. Andere Möglichkeiten gibt es dann ja nicht, Energie ins Weltall abzugeben.
Also Energie geht von der Erde auf die Atmosphäre über, dann zurück auf die Erde, um von dort mittels IR – Strahlung ins Weltall abgeführt zu werden. Das würde aber erst funktionieren, wenn die Atmosphäre wärmer wird als die Erdoberfläche. Dies würde aber bedeuten, dass die Erde keine Energie mehr in die Atmosphäre abgeben kann und diese Energie zusätzlich abstrahlen muss. Ein Mehr an Energieabstrahlung bedarf aber einer höheren Temperatur. Also würde die Oberflächentemperatur ohne atmosphärische Abstrahlung zwangsläufig ansteigen.
Martin rohde am 9. Juni 2022 um 22:44
Das nennt man in der Physik Thermalisieren, d.h. das Einstellen derselben Temperatur zweier verschieden temperierter Körper, dann auch thermisches Gleichgewicht genannt.
Wenn der einzige mögliche Energiefluß in und aus der Atmosphäre über den thermischen Kontakt zur Erdoberfläche ist und letztere im Energiegleichgewicht zwischen Einstrahlung durch Sonne und Wärmeabgabe ins All ist, so muss zwangsläufig die Atmosphäre dieselbe Temperatur wie die Erdoberfläche annehmen, d.h. mit ihr thermalisieren.
Das ist offensichtlich nicht der Fall, oder haben Sie ein Hin- und her der Temperatur beim Themalisieren zweier Körper schon mal gesehen? Ich nicht. Verschieden temperierte Körper nähern sich stetig monoton auf eine mittlere Temperatur zwischen den beiden Ausgangstemperaturen an. Der ursprünglich wärmere von oben und der kältere von unten. Beim Thermalisieren geht jedoch der Energiefluß stets in beide Richtungen. Wärmestrahlung geben beide ab und damit empfängt der andere die Wärmestrahlung (Photonen) des einen. Ebenso wird thermische Bewegungsenergie der Teilchen beider Körper gegenseitig übertragen (Phononen). Der Wärmefluß ist der Nettoenergiefluß davon. Der geht stets von warm nach kalt.
Ich glaube, ich habe Sie missverstanden, denn ich glaubte, Sie seien beim Fall der Atmosphäre ohne IR Abstrahlung durch Treibhausgase.
Nach Ihrem Halbsatz „um von dort mittels IR – Strahlung ins Weltall abgeführt zu werden“ bedeutet es wohl, dass Sie wieder zum Fall einer Treibhausgasatmosphäre zurückgekehrt sind.
Nun gut, für diesen Fall geben Atmosphäre durch das Emissionsspektrum der Treibhausgase und Erdboden durch das atmosphärische Fenster der Treibhausgase direkt IR-Strahlung ins All ab, deren Gesamtbetrag ist durch die absorbierte Sonnenenergie gegeben.
Die durch Abstrahlung ins All verlorene Energie der Atmosphäre wird durch Absorption von Strahlung im Absorptionsspektrum, Konvektion und Kondensation wieder zugeführt.
Herr Heinemann,
sie sagen:
Ich stimmer widerspruchslos zu.
Und zur Ergaenzung, damit kuehlt die Atmosphaere die Erde, da sie ja die Waerme von der Erde bekommt und an das Weltall durchreicht.
Admin am 8. Juni 2022 um 15:49
Was selbstverständlich bei einer Kugel ist.
Sie meinen, es ist eine Vereinfachung anzunehmen, der Mittelwerte wäre der Wert für jeden Punkt? Wie schon öfter erklärt: Auf die Vereinfachung ist man in der Klimawissenschaft nicht angewiesen. Klimamodelle nehmen keine globalen Mittelwerte für lokale Größen. Warum auch, wenn das Grid schon da ist?
Sie lenken ab. Guter Trick, funktioniert aber nicht.
Hallo Herr Weber,
ich habe mir ihre Anmerkungen zur hemisphärischen Mittelwertbildung angeschaut,
habe aber leider nicht gefunden wie Sie die Fi (Flächenelemente) berechnet haben.
Könnten Sie das kommentieren?
Viele Grüße
Günter Heß
Werner Holtz am 7. Juni 2022 um 23:27
Beide zeigen, dass die Präsenz eines „kälteren Körpers“ zu einer Erhöhung der Temperatur eines wärmeren Körpers führt. Und da das die Frage war, um die es ging, kann man damit schon etwas anfangen.
Da es in der Physik keine Beweise gibt, kann ich das natürlich nicht. Da ist die übliche Herangehensweise ja, dass man aus der Theorie Erwartungen ableitet und die dann im Experiment prüft. Und auch dann kann man die Theorie lediglich widerlegen. Sehen Sie in den Ausführungen von Herrn Schnell irgendwas, was seine Annahme widerlegt? Ich sehe nichts:
Es ist natürlich nicht auszuschliessen, dass die Luft plötzlich ihre Wärmeleitfähigkeit drastisch verändert hat oder Konvektion doch entgegen der Schwerkraft passiert – aber ich halte das doch für sher unwahrscheinlich …
#290652
Zitat: Das Experiment, das man als einen weiteren Test bezeichnen kann, soll nachweisen …
Wenn das Experiment etwas „nachweisen soll“, dann muss man es auch beweisen, dass dies gilt.
Zitat: Da es in der Physik keine Beweise gibt, kann ich das natürlich nicht. Da ist die übliche Herangehensweise ja, dass man aus der Theorie Erwartungen ableitet und die dann im Experiment prüft.
Hat der Herr Schnell jemals eine Theorie aufgestellt? Welche?
Sie können also den Nachweis oder Beweis der Gültigkeit der zitierte Behauptung von Herrn Schnell nicht erbringen. Damit können Sie auch nicht feststellen, ob das Experiment das entsprechende Ergebnis zum der Behauptung oder These liefert.
Habe ich auch von Ihnen nicht unbedingt erwartet. Nur geschwollen daher quatschen und irgendwelche Plattitüden posten bringt nichts.
Mfg
Werner Holtz
Werner Holtz am 8. Juni 2022 um 20:28
Ich schrieb: Man leitet aus der Theorie Erwartungen ab und prüft diese im Experiment. Ich habe nicht geschrieben, dass er eine Theorie aufgestellt hätte …
Da sind wir einer Meinung.
Aus dem gleichen Grund sollte es eine Berechnung des Treibhauseffektes der Mondes geben.
Kennen sie eine?
In dem Gewusel der vielen konträren Meinungen zur Physik des Treibhauseffekts scheint der wesentliche Grund des Streits – nämlich der riesige Fehler im Weberschen Hemisphärenansatz, also +15 Grad mittlere Globaltemperatur ohne Gegenstrahlung – verloren zu gehen. Tatsache ist dass Prof. Gerlich (Leipzig 1995) diesen Mittelwert für eine nicht rotierende (!) sonnenbeschienene Hemisphäre mit Albedo, cos(phi) und ohne Gegenstrahlung korrekt berechnet hat. Dabei wurde Speicherung und Wärmeübertragung durch Rotation sowie durch Atmosphäre und Ozeane ausgeklammert. So nahm die Nachtseite korrekt 0 K an und der globale Mittelwert betrug (+15 -273)/2, also unrealistische -129 Grad.
Damit ebenso auf der Nachtseite im Mittel +15 Grad herrschen, würde die Einstrahlung einer zweiten Sonne (!!) benötigt. Uli Weber macht den grotesken Fehler dass er durch Rotation und Speicherung eine Wärmeübertragung auf die Nachtseite annimmt, aber nicht beachtet dass dann dort die Strahlungsleistung einer zweiten Sonne nötig wird, aber nicht verfügbar ist. Den Energiemangel beseitigt er durch seine „Umgebungsgleichung“, wobei die Umgebungstemperatur des Erdbodens ja gerade durch die (gemessene!) Gegenstrahlung erzeugt wird, welche er fälschlich als nicht existent postuliert.
Es ist ein Rätsel, weshalb sich EIKE immer wieder diese sinnlose und endlose Streiterei um das falsche Hemisphärenmodell und die Existenz des trivialen Treibhauseffekts antut. Dieser erhöht den solaren globalen Mittelwert bekanntlich von -18 (oder genauer mit cos(phi) über alle Breitenkreise mit Speicherung über Tag/Nacht gerechnet von -21 Grad) auf +15 Grad. M.W. wurde EIKE 2007 von TE-Kritikern gegründet, und seitdem geht der Streit um den fehlinterpretierten 2.HS: Wärme fliesst nur von warm nacht kalt – aber das gilt bekanntlich nicht für Strahlungsenergie (W/m²), und so bewirkt auch Absorption von „kälterer“ Gegenstrahlung aus der Atmosphäre (welche ja deutlich wärmer ist als der Weltraumhintergrund) wegen Behinderung der Strahlungskühlung zu einer leichten Erwärmung des solar beheizten Erdbodens.
Der Kardinalfehler von Herrn Weber liegt meines Erachtens darin, dass er bei der von ihm sogenannten SB-Inversion ein Oberflächenintegral 1. Art (Sklarfeld Temperatur) mit einem Oberflächenintegral 2. Art (Vertorfeld, Einstrahlung durch die Sonne) gleichsetzt.
Dadurch verrechnet er sich um einen Faktor 2.
Sehr geehrter Herr Dietze,
erklären Sie doch bitte, wie die Strahlungsleistung der sog. Gegenstrahlung von ca. 340 W/m2 generiert wird. Wenn die Oberfläche im Tagesschnitt nur 240W/m2 Zufuhr bekommt, damit erwärmt wird und sich durch Leitung/ Konvektion, Verdunstung, Direktabstrahlung ins All und schließlich durch von IR-aktiven Gasen absorbierte Abstrahlung wieder abkühlt, kann ja nur der absorbierte Strahlungsanteil für die Genese der sog. Gegenstrahlung zur Verfügung stehen. Davon abzuziehen wäre auch der Anteil absorbierter Strahlung, der durch Stoss auf nicht re-emmitierende Luftmoleküle übertragen wird (Thematisierung) und der Teil der im Raumwinkel nach oben abgestrahlt wird. Ohne jetzt gross mit dem Rechnen anzufangen dürfte sich aufs dem Vorstehenden ergeben, dass nur ein Bruchteil der abgehenden IR- Strahlung für die Genese von Gegenstrahlung zur Verfügung steht.
Wie wird auf der Grundlage dieses begrenzten Potentials die behauptete Gegenstrahlung in der Atmosphäre generiert. Eine überzeugende Antwort würde sehr viele Diskussionen erübrigen. Ich bin gespannt.
Mit freundlichen Grüßen,
TO
Herr Oelschläger, im vereinfachten Strahlungsmodell strahlt der Boden bei 288 K 390 W/m² ab. Davon werden von THG und Wolken 300 W/m² absorbiert. Diese werden etwa je zur Hälfte nach oben und unten re-emittiert. Oben kommen also 90+150=240 W/m² heraus (=1/4 der Solarstrahlung bei 30% Albedo) und am Boden kommen 250+150=390 W/m² an, die auch wieder thermisch emittiert werden. Passt.
Wie jetzt, die Atmosphäre strahlt 300W/m2 in beide Richtungen. Also 600W/m2?
Wie geht das?
Werner Schulz am 9. Juni 2022 um 20:10
Sie haben doch den Ausschnitt aus Goody/Walker gelesen, den Herr Heineman verlinkt hatte. Dort wird genau das beschrieben – die Schichten strahlen in Abhängigkeit von Ihrer Temperatur in alle Richtungen, also unter anderem auch nach oben und unten. Woher sie die Energie dafür nehmen, wird auch beschrieben.
Und Sie haben da auch in den Diagrammen des Wetterballonaufstieges gesehen, der ja die Abstrahlung nach unten und oben in Abhängigkeit von der Höhe darstellte …
(Das ist wieder mal so ein Kommentar, bei dem man nicht weiss, ob Sie einfach nur trollen oder die Dinge, die Sie lesen, einfach nicht verstehen …)
#290887
Danke Herr Müller, entgegen ihrer normalen Schärfe haben sie völlig übersehen, das Herr Dietze nur von 150 W/m2 Richtung Erdboden ausgeht. Meine Kritik an Herrn Dietzes Aussage hat also keine Begründung. Genauso wenig wie die 150 W/m2 von Herrn Dietze.
Warum ist ihnen das entgangen?
Werner Schulz am 10. Juni 2022 um 22:14
Warum denken Sie, dass mir das entgangen ist? Herr Dietze schrieb: „im vereinfachten Strahlungsmodell …„. Im darauf folgenden Text wird klar, was das für ein vereinfachtes Modell ist: Es gibt nur eine Schicht, die absorbiert und emittiert und für diese Schicht hat Herr Dietze die Zahlen angegeben. Wenn Sie den Goody/Walker-Text verstanden haben und ihn auf eine Schicht (statt der 4 oder 5 wie im Goody/Walker) anwenden, sollten Sie auf die gleichen Zahlen wie Herr Dietze kommen (nicht ganz die gleichen Zahlen, Herr Dietze hat sich an einer Stelle wohl vertippt).
Falls Sie auf andere Zahlen kommen, können Sie die ja hier gerne mal nennen. Vielleicht klärt sich dann, wo der Fehler liegt …
Ach so ein vereinfachtes Model.
Wenn ich das sage ist das unberechtigte Kritik, aber wenn sie es sagen stimmt es wohl.
Es stimmt also das die Treibhausgase die Atmosphaere kuehlen?
Und mit welcher Strahlstaerke tun sie das denn jetzt im realistischen Fall?
Werner Schulz am 11. Juni 2022 um 20:00
Zum einen: An welcher Stelle wurden Sie denn für ein vereinfachtes Modell kritisiert? Ich kann mich nicht entsinnen, dass Sie mal für eine Vereinfachung kritisiert worden wären.
Und zum anderen: Nicht ich habe von einem vereinfachten Modell gesprochen, sondern Herr Dietze. Ich habe das nur hervorgehoben, da Sie da anscheinend übersehen haben.
Aber was das wichtigste ist: Verstehen Sie die Zahlen jetzt? Kann ich davon ausgehen, dass das geklärt ist und Sie dem zustimmen oder ist da etwas falsch dran? Es wäre schön, wenn es mal so etwas wie eine gemeinsame Grundlage für eine Diskussion geben würde …
#291156
Danke Herr Mueller,
Ich kennen ein einfaches Model!
Die Erde erhaelt auf der Tagseite nach Abzug der Albedo 480 W/m2 an Waerme. Da die Erde auf dieser Seite auch 240 W/m2 Waerme verliert, gemessen siehe Beitrag von Herrn Holtz, gibt es einen Waermeueberschuss von 240 W/m2.
Dieser Waermeuebeschuss macht sich in einer Erwaermung am Tag bemerkbar.
In der Nacht kommt keine Sonnenenergie mehr an, aber die Erde strahlt immer noch 240 W/m2 ab.
Dadurch gleicht sich der Waermeueberschuss vom Tage wieder aus. Die Zeiten von Tag und Nacht Verhalten sich im globalen Mittel wie die Angestrahlte und nicht angestrahle Flaeche. Fuer 24 Stunden kann man daher jeweils 12 Stunden Tag und 12 Stunden Nacht annehmen.
Koennen sie sich an irgendwelche Kritik von ihnen an diesem Model erinnern?
Sehr geehrter Herr Dietze,
vielen Dank für die Antwort. Leider beantwortet sie nicht so ganz die aufgeworfene Frage.
Zunächst fällt mir auf, dass Ihre Darstellung deutlich von der üblicherweise verbreiteten Darstellung von KT abweicht, dass Sie eine Rückstrahlung von nur 150W/m2 annehmen und dass diese Rückstrahlung von IR-aktiven Gasen und von den Wolken bewirkt werden soll. Der Effekt der Wolken als „schwarze Strahler“, die absorbieren und re-emmitieren ist ja wohl unstreitig. Bei den IR-aktiven Gasen gibt es da ja erhebliche Meinungsunterschiede. Wie hoch setzen sie den Anteil von IR-aktiven Gasen bzw. Wolken an?
Üblicherweise wird die Gegenstrahlung ja den IR-aktiven Gasen zugeschrieben. Man geht von einer durchschnittlichen solaren Einstrahlung von 240W/m2 aus, die die Oberfläche erreicht. Diese Einstrahlung erwärmt die Oberfläche, die sich dann durch die parallel laufenden Prozesse von Leitung/Konvektion, Verdunstung und Strahlung abkühlt. Soweit die Abkühlung durch Leitung/Konvektion und Verdunstung erfolgt, kann die insoweit abgekühlte Oberfläche keine IR- Strahlung mehr bewirken. Was dann noch an IR-Strahlung entsteht, wird zu einem Teil durch das Atmosphärische Fenster direkt ins All abgestrahlt. Wie kann jetzt die restliche IR-Strahlung (die ja denknotwendigerweise deutlich kleiner 240W/m2 sein muss, deren Energie im erdnahen Bereich weitgehend thermalisiert werden dürfte und die zur Hälfte im Raumwinkel nach oben ins All abgestrahlt wird), eine behauptete Gegenstrahlung von 333 W/m2 bewirken? Die einzige Energiequelle unserer Erde ist doch die Sonne und die Atmosphäre generiert keine Energie aus sich selbst heraus.
Genau. Wenn also ein höherer Anteil IR – aktiver Gase mehr Rückstrahlung zur Erde bedeutet, bedeutet dieser auch eine erhöhte Abstrahlung ins All und damit einen höheren Energieverlust des Systems Erde – Atmosphäre. Mein Regelkreis funktioniert.
Und ewig grüßt die Strahlungsberechnung. Aber wo in diesen Berechnungen taucht eigentlich die Energiemenge auf, welche der Erde durch Wärmeleitung und latente Wärme in die Atmosphäre verloren gehen? Und wie wird die Atmosphäre diese Energie wieder los? Wärmeleitung ins Weltall fällt mangels Materie aus, bliebe ein Transport zu den kalten Polen. Reicht das? Oder ist es so, dass erst IR – aktive Gase dafür sorgen, dass diese Energie ins Weltall abgeführt wird? Dann würde mehr CO2 (und erst recht H2O) einen größeren Energieverlust der Atmosphäre bedeuten. Und schon ist der thermische Regelkreis geboren: Erwärmung -> mehr IR – Gase -> Abkühlung -> weniger IR – Gase und vice versa.
SIe müssen sich nicht entschuldigen. Die Leistungen zu vergleichen, ist ohnehin unsinnig. Die absorbierte Energie ist relevant, denn damit erwärmt sich das Essen und erhöht seine thermische Abstrahlungsleistung, indem es wärmer wird.
„Die Leistungen zu vergleichen ist unsinnig“
Ist es nicht. Das Magnetron Ihrer Mikrowelle liegt auf einem höheren energetischen Potential als Ihr Abendessen. Wäre es anders, würde Ihr Abendessen das Magnetron erwärmen.
Den Begriff „energetisches Potential“ kennt die Physik so nicht. Es gibt zwar den Begriff Potential in verschiedenen Verwendungen, aber nicht, wie Sie es wohl meinen mit:
Was Sie wohl meinen ist die Entropie. Diese ist aber keine Leistung und daher ist Ihre Aussage physikalisch unsinnig.
Offensichtlich durch Abstrahlung ins All.
Perfekt. Sind dann die strahlungsaktiven Gase nicht an der Kuehlung beteiligt und die nicht strahlungsaktiven eher nicht?
Im stationären Klima bleibt die langfristige Mitteltemperatur da wo sie ist. Wo kühlt da dann was? Da ist offensichtlich ein Widerspruch zur Voraussetzung.
Wenn Sie die Treibhausgase reduzieren, kühlt es hingegen ab., weil der Boden „besser kühlt“ als die Treibhausgase. Der Boden ist ja „noch strahlungsaktiver“ als Treibhausgase.
Wo gibt es denn ein „stationäres Klima“?
Und wie wird eine Atmosphäre ohne IR – aktive Gase die durch Wärmeleitung und latente Wärme eingebrachte Energie wieder los? Eine Betrachtung der Strahlungsbilanz kann nur für das Gesamtsystem Erde / Atmosphäre erfolgen, alles Andere ist kompletter Blödsinn. Und was auch regelmäßig unterschlagen wird ist die riesige Energiespeicherkapazität der Ozeane. Und deren Durchschnittstemperatur ist weit von den berühmten 15 ° C entfernt. Einfach mal einen Tauchgang wagen, da unten ist es saukalt. Ein anständiger Sturm und die ganze Strahlungsberechnung ist hinfällig, weil jede Menge Energie in den Tiefen des Meeres entschwindet. Kann man bei den momentanen La Nina Bedingungen schön beobachten. Seit 2016 Abkühlung, und das bei steigendem CO2 – Gehalt der Atmosphäre.
Herr Heinemann,
ihre Ausfuehrungen machen keinen Sinn. Der Prozess der Kuehlung der Atmosphaere findet staendig statt. Keiner hat von der Abkuehlung vom Klima geredet. Ich jedenfalls nicht.
Entweder haben sie nicht richtig gelesen, was gesagt wurde oder sie driften in die falsche Richtung ab.
Werner Schulz am 9. Juni 2022 um 12:25
Von welcher Abkühlung dann? Und warum?
Wenn ich Sie richtig verstehe, interessiert Sie, wie schnell eine Erde mit Treibhausgasen im Vergleich zu einer ohne Treibhausgase abkühlt sofern beide nicht mehr von der Sonne beheizt werden. Die Antwort ist einfach:
1) beide Erde haben unterschiedliche Ausgangsbedingungen, die mit Treibhausgasen errreicht bei höhere Temperaturen ihr Energiegleichgewicht mit der Sonneneinstrahlung (Mittel 15°C), die ohne Treibhausgasen bei sonst gleichen Randbedingungen bei im Mittel -18°C.
2) schaltet man die Sonne aus, kühlen beide Erden ab, erst etwa gleich schnell, denn beide Erden verlieren ca. 240 W/m2 und haben etwa die gleiche Wärmekapazität. Dabei gibt die (kältere) Erde ohne Treibhausgase diese Leistung direkt von der Erdoberfläche ins All ab.
Der der Erwärmung dann auch. Im stationären Fall gleichen sich beide langfristig aus.
Herr Heinemann,
sie trollen?
Ich bezog mich auf diese Aussage:
Thomas Heinemann am 7. Juni 2022 um 19:52
Admin am 8. Juni 2022 um 21:38
Dieser ideale Fall läßt sich einfacher erklären. Ändert aber nichts am wesentlichen, dass wenn man Treibhausgase reduziert, kühlt es i.a. schneller ab, weil der Boden „besser kühlt“ als die Treibhausgase. Der Boden ist ja „noch strahlungsaktiver“ als Treibhausgase, da der feste Boden ein breiteres Absorptionspektrum=Emissionsspektrum hat.
Herr Heinemann,
wenn sie die Treibhausgase verringern, dann verringern sie auch die Faehigkeit der Atmosphaere sich durch Strahlung zu kuehlen. Wird sie damit kaelter oder waermer? Was denken sie?
Werner Schulz am 11. Juni 2022 um 11:42
Ich denke, Sie haben mal wieder nicht das gelesen, was da steht. Oder warum bringen Sie den Fall auf, den ich längst geklärt habe? Siehe Thomas Heinemann am 10. Juni 2022 um 17:42
Herr Schulz, 11. Juni
Siehe zudem Thomas Heinemann am 9. Juni 2022 um 20:07
Außerdem wissen Sie bereits, dass eine Atmosphäre ohne Treibhausgase kühler ist als mit und warum ebenso. Was soll also dieses ewige Nachfragen nach bereits eindeutig und unmissverständlich beantworteten gleichen Fragen? Wenn Sie die Antworten nicht ertragen, lassen Sie einfach das Fragen.
Äh, ich habe geschrieben was da steht. Ich habe ihnen widersprochen. Und ich meine was ich schreibe.
Haben sie verstanden wo sie sich selber widersprechen?
Erstens stimmt das nicht, zweitens denke ich es ist genau andersrum, siehe auch meine Beiträge, und warum es so sein soll wie sie sagen, ergibt sich nicht aus dem von ihnen Gesagten.
Frage nochmal zu ihrer ursprüngliche Aussage.
Wenn die Atmosphäre Wärme durch Abstrahlung los wird, was strahlt in der Atmosphäre und wo geht die Wärme hin?
Vielleicht sollte Herr Weber noch einmal seine Gleichung 2 überprüfen, bevor hier ernsthaft über korrekte oder inkorrekte physikalische Modelle weiter diskutiert wird.
Es ist nur ein Unterschied von 8 Größenordnungen, ob man z.B. bei einer Temperaturdifferenz von 1 K einen Strahlungsaustausch mit der Umgebung als
σ·(T1 – T2)4 oder als σ·(T14 – T24) berechnet.
Die Potenzen, die im Originaltext in Word richtig dargestellt werden, verlieren hier im Frontend von WordPress ihre Hochstellung. Das bedeutet die dargestellten T14 müssten eigentlich als T1^4 gesehen werden. Usw. usw.
Ein Problem, dass wir bisher bei WP nicht lösen konnten.
Admin am 7. Juni 2022 um 18:46
Es geht in diesem Falle nicht um das Darstellungsproblem, sondern um den Unterschied zwischen (T – T_0)^4 und T^4 – T_0^4 (also um die Frage, ob man die vierte Potenz der Differenzen oder die Differenz der vierten Potenzen bildet). In früheren Artikel verwendete Herr Weber immer T^4 – T_o^4 …
Es wäre gut der WordPress Instanz ein LaTeX Plugin zu schenken. Dann ließen sich mit Dollarzeichen auch leicht-lesbare Formeln zusammen bauen, z.b. $\int_0^{t_0} p(t) dt$…
Haben wir, aber das funktioniert wohl nicht.
Joerg Deutering am 8. Juni 2022 um 18:26
Eigentlich ist eins da (quicklatex), ich habe das des öfteren verwendet. Mal probieren:
…
Marvin Müller am 8. Juni 2022 um 22:46
Die Beschreibung ist hier: http://www.holoborodko.com/pavel/quicklatex/
Von den beschriebenen Kürzeln habe ich bisher nur das doppelte Dollarzeichen verwendet, das funktioniert. Ich würde einfach mal die anderen probieren, falls das gestattet ist:
Das sollte ein LaTex-Text sein – $ f(x)=x^2 $
Warum findet man den Begriff „S-B-Inversion“ nicht im Physikbuch? Ganz einfach, weil das SB-Gesetz nur für Schwarze Strahler den Zusammenhang zwischen Temperatur und Strahlungsdichte desselben bestimmt. Aus der Strahlungsleistung eines nicht-thermischen Spektrums eines Körpers auf eine Temperatur des strahlenden Körpers zu schließen ist Unsinn. Deshalb bezeichnet man die aus „Inversion“ berechnete Temperatur ja auch effektive Temperatur, die von der wahren je nach Spektrum beliebig abweichen kann.
Admin,
natürlich kann ein kälterer Körper (nennen wir ihn 1) allein einen wärmeren Körper (nennen wir ihn 2) nicht erwärmen, das verbietet der zweite HS. Körper 1 kann nur bewirken, dass Körper 2 sich langsamer abkühlt. Das bewirkt er, indem er Energie auf den Körper 2 überträgt, nur eben weniger, als der aufgrund seiner Temperatur abstrahlt. Daher kühlt Körper 2 weiter ab, nur jetzt eben langsamer. Die Wirkung von Körper 1 ist der Energieübertrag auf Körper 2, die Auswirkung dieses Energieübertrags ist eine verlangsamte Abkühlung des Körpers 2.
Nun nehmen wir einen dritten Körper hinzu (nennen wir ihn 3). Dieser sei heiß (und so groß, dass er sich in relevanten Zeiträumen praktisch nicht verändert). Den Köper 1 denken wir uns zunächst weg. Körper 3 erwärmt Körper 2 solange, bis der genau so viel Energie abstrahlt, wie er von Körper 3 erhält. Die Gleichgewichtstemperatur von Körper 2 sei die gleiche wie dessen Ausgangstemperatur im Beispiel oben. Und jetzt nehmen wir Körper 1 wieder dazu, er habe die gleiche Ausgangstemperatur wie im Beispiel oben. Körper 1 überträgt daher genau so viel Energie auf Körper 2 wie oben (die Wirkung von Körper 1 – der Energieübertrag auf Köper 2 – ist exakt die gleiche wie oben, die Randbedingungen sind ja gleich, Körper 1 weiß gar nicht, dass hinter dem Körper 2 noch ein Körper 3 vorhanden ist). Diese Energie kann nicht verloren gehen! Nur sind die Auswirkungen dieses Energieübertrags jetzt andere: Weil Körper 2 jetzt im Gleichgewicht mit Körper 3 war und nun mehr Energie erhält, muss er sich jetzt zusätzlich erwärmen! So lange, bis er so viel abstrahlt, wie er insgesamt erhält.
Körper 2 erhält in beiden Fällen genau gleich viel Energie von Körper 1. Im ersten Fall, bei dem Körper 2 weit weg vom Gleichgewicht war, bewirkt diese Energiezufuhr eine Verlangsamung der Abkühlung, im zweiten Fall, bei dem Körper 2 im Gleichgewicht war, bewirkt diese Energiezufuhr eine Erwärmung. Allgemein: Was eine bestimmte Energiezufuhr zu einem Körper bewirkt, hängt von den jeweiligen Randbedingungen ab!
Fazit: Unter geeigneten Randbedingungen (konkret: Wenn eine zusätzliche Wärmequelle vorhanden ist!), dann kann ein kälterer Körper auch bewirken, dass ein wärmerer Körper noch wärmer wird. Zwischen den beiden Körpern fließt dabei mehr Wärme von warm nach kalt, wie es der zweite HS fordert.
Darum geht es doch eigentlich gar nicht Im 2. HS ist kein Zeitverhalten vorgesehen.
Admin,
der 2. HS beschreibt immerhin ein Geschehen. Ob man das als „Zeitverhalten“ einstuft, kann m. E. dahingestellt bleiben.
In der Sache dachte ich, dass es um die Frage geht, ob ein kälterer Körper mit seiner Anwesenheit bewirken kann, dass ein wärmerer Körper noch etwas wärmer wird als ohne diesen kälteren Körper. Er kann es nicht, wenn er alleine dem wärmeren Körper Wärme zuführt (dann kann er nur dessen Abkühlung verlangsamen), er kann es aber sehr wohl, wenn er zusätzlich zu einer anderen Wärmequelle auf den wärmeren Körper einwirkt, denn zwei Wärmequellen zusammen können den Körper stärker erwärmen als nur eine allein. Wenn Sie dem zustimmen, ist wenigstens dieser Punkt geklärt.
Wo bitte ist die zweite Waermequelle ihrer Meinung nach?
Die Atmosphaere erzeugt eigentlich keine eigene Waerme und wird von der Oberflaeche beheizt. Die Oberflaeche bekommt Waerme von der Sonne und aus dem Erdinneren.
Bitte erlaeutern sie ihre Annahme von einer zweiten Waermequelle. Meinen sie die Absorption solarer Energie beim Durchgang durch die Atmosphaere?
Lesen sie einfach mal wie eine Isolation funktioniert. Immerhin umfasst die Atmosphaere die Erde vollstaendig. Da kann sich schon mal das Beispiel einer Isolation aufdraengen.
Und dann einfach mal mit einer einfachen Hauswand vergleichen.
Die Abstrahlungseigenschaften der Wand innen und aussen sind gegeben und bleiben gleich.
Jetzt fragen sie sich warum trotz gleicher Abstrahleigenschaften eine dicke Wand eine bessere Isolierung darstellt, als eine duenne Wand. Sprich zum Beispiel fuer die gleiche Waermemenge angewendet im Inneren des Hauses, werden die Temperaturen mit einer dicken Wand hoeher als mit einer duennen Wand.
Wie uebertragen sie das Beispiel auf die Atmosphaere?
Sehr geehrter Herr Roth,
der erste Teil Ihrer Betrachtung ist sehr gut nachvollziehbar. Es ist sehr plausibel, dass die kältere Atmosphäre durch ihre Strahlung die Abkühlung der wärmeren Oberfläche verlangsamt und nicht eine weitere Erwärmung hervorruft. Wie groß dieser Effekt jetzt ist steht ja noch einmal auf einem ganz anderen Papier.
Wenn Sie aber jetzt neben die Atmosphäre die Sonne als weitere Energiequelle treten lassen wird das Ganze weniger verständlich. Ist es nicht so, dass die Sonne in diesem Zusammenhang die einzige Energiequelle ist, diese die Oberfläche erwärmt und diese dann mittels Leitung/Konvektion, Verdunstung und IR-Strahlung ihre Wärme an die Atmosphäre vermittelt. Diese ist damit ja keine eigenständige Energiequelle, sondern erhält ihre Wärmeenergie via der Oberfläche von der Sonne.
Ihre Erklärung scheint mir ein und die selbe Energie zwei mal auf die Oberfläche einwirken zu lassen. Zuerst erwärmt die Sonne die Oberfläche, diese erwärmt dann die Atmosphäre, diese verlangsamt die Auskühlung und dann erwärmt die Sonne die Oberfläche zusätzlich?
Im Übrigen ist die Gegenstrahlung der Atmosphäre (wie intensiv sie auch immer sein mag) doch auch ein energetisches Nullsummenspiel, denn mit jeder Energiezufuhr durch Strahlung erhöht sich im Ergebnis auch wieder die Abstrahlung.
Ist es nicht plausibler es dabei zu belassen, dass der kältere Körper Atmosphäre lediglich die Abkühlung der wärmeren Oberfläche verlangsamt, die Erwärmung der Oberfläche ausschließlich während des Tages durch die Sonne erfolgt und die erwärmte Oberfläche sich sowohl am Tag und in der Nacht ständig durch Leitung/Konvektion, Verdunstung
Also Herr Oelschläger,
jeder Stoff über 0 Grad Kelvin gibt Wärmestrahlung ab. Hätte er nur 0 Grad Kelvin, wäre er weder ein „grauer“ und schon gar nicht ein schwarzer Körper. Da Emissivitität gleich der Absorptivität ist, muss daher auch auch die Wärme(ab)strahlung eines kühlen Körpers Strahlungsenergie zuführen können. Die Temperatur des abstrahlenden Körpers entscheidet zwar über das Strahlungsmaximum, aber nicht über das Spektrum. Das Strahlungsmaximum der Sonne liegt zwar nahe dem UV-Bereich, Energie strahlt sie aber auch im infrarot-Bereich ab, genauso wie viele kältere Körper. Allerdings beträgt der Anteil ihrer IR-Strahlung trotzdem noch rund 50 %. Siehe dazu etwa:
https://www.leifiphysik.de/quantenphysik/quantenobjekt-photon/downloads/schwarzkoerperstrahlung-simulation
Also Herr Mühlbauer,
welchen Teil meines Textes haben Sie denn jetzt kritisiert oder in Frage gestellt? Das von Ihnen Erklärte ist ja richtig und steht nicht im Widerspruch zu meinen Ausführungen, sondern ist vielmehr die Voraussetzung dafür, dass die Atmosphäre einen Effekt auf die Oberfläche bewirken kann, den ich gar nicht in Frage stelle.
Fakt ist aber, dass die Gegenstrahlung der Atmosphäre letztendlich ausschliesslich von der Sonne herrührt, die die Oberfläche erwärmt, die ihrerseits durch ihren Abkühlungsprozess die Atmosphäre erwärmt. Für eine Gegenstrahlung steht nur ein begrenzter Teil der der Oberfläche zugeführten Energie zur Verfügung, da sich diese im durch Leitung/ Konvektion, Verdunstung, Direktabstrahlung ins All und schließlich durch von IR-aktiven Gasen absorbierte Abstrahlung wieder abkühlt. Maximal der von IR-aktiven Gasen absorbierte Strahlungsanteil (abzüglich des Anteils absorbierter Strahlung, der durch Stoss auf nicht re-emmitierende Luftmoleküle übertragen wird -Thermalisierung- und des Anteils, der im Raumwinkel nach oben abgestrahlt wird) steht für die Genese der einer Gegenstrahlung zur Verfügung, die auf die Oberfläche wirkt. Letztlich ist der Effekt gering und kann durch die Energiezufuhr die Abkühlung der Oberfläche verlangsamen. Eine zusätzliche Erwärmung über die ursprünglich durch die Sonneneinstrahlung bewirkte Erwärmung hinaus ist aber wohl nicht möglich.
Die Erklärung von Herrn Herr Roth krankt mE daran, dass er zunächst die Verlangsamung der Abkühlung der Oberfläche durch die Atmosphäre beschreibt und dann die Sonne als dritten Körper hinzutreten lässt. Das ist aber eine Umkehrung der logischen Folge, bei der die primäre Oberflächenerwärmung die Voraussetzung für die Erwärmung der Atmosphäre und der daraus entstehenden Folgewirkungen ist. Im eingeschwungenen Zustand am Tage wirkt die Sonnenstrahlung auf die Oberfläche ein und parallel dazu verlangsamt die geringe Strahlung der Atmosphäre den Abkühlungsprozess.
@Oelschlaeger: Damit die Sonne auch die Atmosphäre und nicht nur die Erdoberfläche erwärmen kann, bedürfte es absorptionsfähiger Atmosphärengase im (näheren) Infrarotbereich. Eigentlich ging es mir weniger darum, Ihnen zu widersprechen, sondern meiner Ansicht Ausdruck zu verleihen, dass die Grundsätze der Thermodynamik im Bereich der Strahlungsphysik nicht gelten dürften (-etwa müsste durch eine Vielzahl von schwachen Laser-Strahlern auch ein wärmerer Körper weiter aufgeheizt werden können).
Aber egal: Jedenfalls ist es strahlungsphysikalisch so, dass ein Überschuss des Strahlungseinfalls über die Abstrahlung zu einer Temperaturerhöhung führt, bis das Strahlungsgleichgewicht hergestellt ist. Da von der Atmosphäre nur rund 50 % Richtung Erdoberfläche (zurück-)emittiert wird und mit steigender Temperatur die Abstrahlung exponentiell steigt (wenn ich mich recht erinnere, ein von SB abgeleitetes Prinzip), kann es gar nicht zur „runaway“-Aufheizung der Atmosphäre kommen. Die FFF-Horrorphantasien, die durch Lancierung von Vergleichen mit der Venus genährt werden, übersehen, dass die Venus einen enorm höhreren Atmosphärendruck hat, der mittels Schwerkraft auch ständig „arbeitet“ und daher thermisch wirkt. Insofern glaube ich, dass wir einer Meinung sein können.
Es ist nicht zu fassen: Hier verkündet Uli Weber nun schon zum 34. Mal bei EIKE seine blamable Fehlanwendung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes. Wenn man einen Näherungswert für die Oberflächentemperatur eines strahlungsbeheizten rotierenden, gut speichernden und Wärme gut umverteilenden Körpers berechnen will, welcher (im Hinblick auf T^4) nur geringe relative Temperaturunterschiede aufweist und damit nahezu isotherm ist, braucht man sowohl die zugeführte Strahlung auf der beleuchteten Fläche sowie auch die gesamte (!) abstrahlende Fläche.
Da die abstrahlende Fläche deutlich größer ist als die beleuchtete Fläche, ergibt sich eine geringere Temperatur der Körperoberfläche weil diese ja sonst mehr Energie abstrahlt als der Körper aufnimmt. Die abstrahlende Fläche einer Kugel ist 4mal so groß wie der Einfangquerschnitt, also muss selbstverständlich die Intensität der Solarstrahlung durch 4 dividiert werden wenn man näherungsweise ein isothermes Modell benutzt.
Zum 34.Mal kommen Sie mit den völlig irrwitzen Ansatz eines „Einfangquerschnittes“, den es gar nicht gibt – Nur bei physikalischen Realitäts-Leugnern.
Herr Holtz, die Einfangfläche der Erde für die volle Strahlungsleistung der Sonne ist PiR². Das ist genau der Erdschatten.
Bitte hier nur unter vollem Klarnamen posten, siehe Regeln.
„die Einfangfläche der Erde für die volle Strahlungsleistung der Sonne ist PiR².“ Immer wieder dieser physikalisch offensichtliche Unsinn, die wirksame Fläche der Bestrahlung durch die Sonne ist die hemisphärische Fläche der Erde und keine Schattenfläche, das kann jeder Raumfahrer aus dem Weltall beobachten.
PiR² ist natürlich keine Strahlungsleistung, sondern nur die Fläche auf die die Sonnenstrahlung eintrifft. Dass die sich die dann ergebende spezifische Strahlungsleistung auf einer Halbkugel für jeden einzelnen Quadratmeter in Abhängigkeit vom Breitengrad unterschiedlich ist, sollte als trivial von jedem verstanden werden. Und die Strahlungsleistung der Sonne als solche bezogen auf einen Querschnitt, der vom Abstand der Quelle „Sonne“ abhängt, wird nun einmal nicht durch die 3-dimensionale Kontur des bestrahlten Körpers verändert.
Im überschlauen Wikipedia wird dann die einfallende Strahlungsleitung von rund 1,368kW/m² auf die Kugeloberfläche der Erde verteilt und mathematisch durch die Division durch 4 auf 342W/m² heruntergerechnet. Das kann man zwar machen, hat aber mit der Wirklichkeit nichts zu tun. Die Einstrahlung findet nur auf der Tagseite statt und nicht auf dem gesamten Globus gleichzeitig und gleichförmig auf jedem einzelnen Quadratmeter.
Und wer schon einmal 342W/m² gerechnet hat, rechnet dann damit auch weiter, auch wenn unser Globus damit gar nicht mehr gemeint sein kann. Aber das kennen wir ja schon von der sog. Global-Temperatur, die als Temperatur gar keinen Sinn macht, weil ihr der Massebezug (mit homogener Dichte und gleichverteilter Temperatur) zu einem Wärmeenergie enthaltenden Körper fehlt.
Peter Puschner, Prof. Dr.-Ing. am 8. Juni 2022 um 12:08
Doch, denn die 342W/m² ist die mittlere Leistung, die jeder Quadratmeter der Erdoberfläche erhält. Mehr aber auch nicht. Physikalisch relevant ist, dass 342W/m² x Erdoberfläche × eine Zeitspanne mehrerer Jahre die Energiemenge ist, die dem Klimasystem zugeführt wird. Im stationären Klima muss diese Menge identisch mit der im gleichen Zeitraum ins All abgegebenen Energie sein. Um einfache und anschauliche Zahlen zu bekommen bezieht man alle Energieformen einfach auf den Quadratmeter Erdoberfläche. Mehr steckt nicht dahinter.
Nur sehr wenige % der Erdoberfläche erhalten in der Realität die „mittlere Leistung“. Das ist daher eine Vereinfachung die in diesem Fall zu falschen Schlussfolgerungen führt. Oder kennen Sie eine andere Realität, die Ihrer (aber nicht nur Ihrer) Logik folgt?
„Das ist daher eine Vereinfachung die in diesem Fall zu falschen Schlussfolgerungen führt“. Es geht hier um den globalen rein solaren Temperaturmittelwert, welcher darüber entscheidet ob ein Treibhauseffekt existiert. Admin, meinen Sie -18 Grad ist falsch bei den Modellen, aber +15 Grad ist richtig bei Uli Weber?
Falls Ihnen die Antwort schwer fällt weil Sie auch der Meinung sind dass man unbeleuchtete Flächen bei S-B ausklammern muss, kann Ihnen mein Experiment mit dem Brennglas helfen. Nehmen wir an, die Sonne scheint auf ein ebenes und gut wärmeleitendes Blech, das eine bestimmte Temperatur annimmt. Nun konzentrieren wir mit einer Linse die Sonnenstrahlung auf 1/16 der Oberfläche.
Nach S-B würde dort T auf den doppelten Wert steigen, aber nach Herrn Weber würde auch das übrige nicht beleuchtete Blech dieselbe Temperatur annehmen. Leider würde damit die IR-Abstrahlung der gesamten Fläche auf das 16fache ansteigen. Wir hätten somit ein Energie erzeugendes Perpetuum Mobile.
Was passiert wenn die Erde sich in einer Sekunde einmal um seine Achse dreht?
Die Division der Strahlungskonstante durch 4 als mathematisches Manöver zur Ermittlung der durchschnittlich empfangenen Leistung ist nachvollziehbar im Rahmen der Ermittlung des Sttrahlungsgleichgewichts ( 240 W/m2 in and out). Es geht aber an der Realität vorbei, mit Hilfe des SBG auf Grundlage dieses Mittelwertes eine Durchschnittstemperatur zu ermitteln. In der Realität wird die Oberfläche am Tage durch die Sonne erwärmt und zwar mit zum großen Teil deutlich höheren Leistungen als dem Mittelwert (abhängig von Standort, Tageszeit, Bewölkung).Die erwärmte Oberfläche kühlt sich ständig ab durch Leitung, Konvektion, Verdunstung und Strahlung und erreicht am Nachmittag ihre Höchsttemperatur um sich dann in der Nacht weiter abzukühlen bis die Erwärmung am nächsten Tag durch die Sonne wieder einsetzt. Die Oberfläche (Land und in viel stärkerem Maße die See) speichern die zugeführte Strahlung und geben sie zeitverzögert wieder ab. Die Intensität der Strahlung hängt ausschließlich von der Temperatur ab. Sind das nicht die realen Abläufe, die das Temperaturgeschehen auf der Erde widerspruchsfrei erklären.
Ja, es gibt einen Effekt vermehrter Treibhausgase, der durch die Erhöhung der Abstrahlungsgrenze zum All iVm dem Temperaturgradienten zu einer Erhöhung der erdnahen Temperaturen führt. Das steht aber nicht in Widerspruch zu den vorstehenden Ausführungen.
Das Gegenstrahlungsmodell zur Erklärung der Durchscnittstemperatur 15 Grad ggü. -18Grad ist in keiner Weise überzeugend, weil es vollkommen unplausibel ist, dass eine von der warmenOberfläche erwärmte kühlere Atmosphäre eine höhere Wattzahl auf die Erde zurückstrahlt als die Erde im Schnitt je von der Sonne erhalten hat. Das Konzept haben viele behauptet, aber substantiiert erklärt wie das sein kann hat meines Wissens noch niemand so richtig. Und das gilt um so mehr, als die Abkühlung der Oberfläche ja auch durch Leitung, Konvektion, Verdunstung, Direktabstrahlung durch Atmospärische Fenster erfolgt und damit nur ein Teil der Abstrahlung überhaupt durch IR-Aktive Gase absorbiert wird. Ganz zu schweigen davon, dass die Re-Immission der Gase im Raumwinkel 360 Grad erfolgt und somit maximal die Hälfte der tatsächlich absorbierten Strahlung wieder nach unten gehen kann. Dazu kommt ja noch das Thema der Thermalisierung der absorbierten Strahlungsenergie durch Stossübertragung auf andere Luftmoleküle,die ihrerseits nicht abstrahlen können.
Wenn es um Absorption und Re-Immission der IR-Strahlung der Erde geht spielt das vermaledeite CO2 ja nur eine deutlich untergeordnete Rolle ggü. dem Wasserdampf und der überragenden Bedeutung der Wolken.
Ja, die kühlere Atmosphäre kann durch die von ihr in Richtung Oberfläche gehende, wahrscheinlich nur noch geringe Strahlung die Abkühlung der Oberfläche verlangsamen. Die Erwärmung der Oberfläche dürfte aber nach all dem nur durchdrehen Sonne bewirkt werden (von dem bisschen Erdwärme mal abgesehen).
Tom Oelschläger am 8. Juni 2022 um 19:32
Das ist richtig. Aber klammern Sie sich nicht an die Berechnung. Ob man die gesamte Abstrahlungsenergie EA = 240 W/m2 × O × t der Erde über eine bestimmte Zeitspanne t (t ist mindestens ein Tag, um jahreszeitliche Schwankungen der Erdbahn auszumitteln einige Jahre) oder diesen Wert durch diese Zeitspanne t und die Erdoberfläche O dividiert, ist Jacke wie Hose. Durch die Division wird keine Physik gemacht.
Irrtum. Mit den -18 °C bekommt einen Anhaltspunkt für die Temperatur des Körpers, wenn er schwarz abstrahlen würde (effektive Temperatur). Die Tatsache, dass die Abstrahlungsenergie pro Zeitspanne t ins All EA geringer ist als die Abstrahlungsenergie pro Zeitspanne t des Erdbodens EB (welche EB = 390 W/m2 × O × t statt 240 W/m2 × O × t beträgt) und durch die dazu korrespondierende Tatsache, dass die mittlere Erdbodentemperatur von 15°C weit weg von der effektiven Schwarzkörpertemperatur von -18 °C ist, beweist die Treibhauswirkung der Atmosphäre.
Ja gut, aber Sie müssen für Ihre These beweisen, dass dieser weltweite Temperaturzykus dazu führt, dass die Erde EA = 240 W/m2 × O × t ins All abgibt, was einer effektiven mittleren Temperatur von -18 °C entspricht.
Das hat noch niemand bewiesen, weil die Leute, die diese Behauptungen aufstellen nur hohle Sprüche klopfen und ohnehin nicht dazu befähigt sind, den physikalischen Unsinn in ihren Behauptungen zu erkennen.
Das wird sogar gemessen und sollte ihnen bekannt sein, weil sie weiter oben mitgelesen haben:
Einfach noch mal den Beitrag von Herrn Holtz lesen oder hier gucken:
https://ttu-ir.tdl.org/bitstream/handle/2346/72957/ICES_2017_142.pdf
So sehe ich das auch. Daher ist die Strahlungsdiskussion ueberhaupt nicht zielfuehrend.
Im Uebrigen stimme ich mit ihren Beitraegen ueberein.
An der Stelle wo sie sagen:
Da wuerde ich sagen muesste mE nach erst mal geklaert wird wie sich die gleichzeitig erhoehte Abstrahlung ins All auswirkt.
Ich sehe das so, Waerme wird direkt von der Oberflaeche ins All abgegeben und aus der Atmosphaere.
Q ab oberflaeche + Q ab atm = Q ein Sonne = Q ab Erde
Wenn ich die Waermemenge, die die Atmosphaere abgibt, erhoehe, indem ich ihr bessere Strahlungseigenschaften gebe, muss dann nicht die Oberflaeche weniger Waerme abgeben? Wird sie dann waermer oder kaelter? Oder wie wirkt sich der Fakt aus, das die Erhoehung der Treibhausgaskonzentration die direkte Abstrahlung ins all vermindert?
Koennte es sein, das sich an den Oberflaechentemperaturen gar nichts aendert, wenn sich beide Groessen die Waage halten?
Und welche Grosse bestimmt denn dann nun die Oberflaechentemperatur?
Warum so kompliziert? Das Stefan-Boltzmann-Gesetz gilt m. E. für einen idealisierten schwarzen Körper. Dieser ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass er überall die gleiche Temperatur hat. Wenn man sich einen Körper mit unendlich guter Wärmeleitfähigkeit vorstellt, könnte das so funktionieren. Und für so einen schwarzen Körper beschreibt das Stefan-Boltzmann-Gesetz eine eindeutige Beziehung zwischen Temperatur und Strahlungsleistung. Man kann also sowohl aus der Temperatur die Strahlungsleistung angeben als auch umgekehrt aus der Strahlungsleistung die Temperatur.
Natürlich ist die reale Erde kein schwarzer Körper. Insbesondere hat sie örtlich stark unterschiedliche Temperaturen. Für die Erde kann man mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz daher nur näherungsweise rechnen. Aber im Gleichgewicht (das allerdings auch nur näherungsweise – bestenfalls als zeitlicher Mittelwert – gilt) muss die von der Erde abgestrahlte Energie genau gleich groß sein wie die durch Bestrahlung aufgenommene Energie. Man muss daher punktweise für die gesamte Erde die Temperatur ermitteln, nach Stefan-Boltzmann jeweils die vierte Potenz bilden und dann den Mittelwert ermitteln. Dann muss die Energiebilanz (im Gleichgewicht!) erfüllt sein. Hierzu nur noch die Anmerkung, dass es dafür m. E. belanglos ist, ob ein Punkt dabei von der Sonne bestrahlt wird oder im Schatten liegt, es kommt immer nur auf seine Temperatur an.
Wenn man statt dieser Mittelung der vierten Potenzen die Temperatur mittelt und dann von diesem Mittelwert die vierte Potenz bildet, dann erhält man selbstverständlich einen anderen Wert, das erfordert die Mathematik. Allerdings ist der Unterschied nicht allzu groß, weil man die Temperaturen in Kelvin nehmen muss und da die Abweichungen kaum über ± 10 % hinaus gehen. Auch Weber errechnet für eine Temperaturspreizung von 80 K nur eine kleine Abweichung von seiner theoretischen Stefan-Boltzmann-Kurve (sein Punkt (1) in Abb. 4), die größeren Spreizungen spielen auf der realen Erde keine Rolle. Die errechnete Differenz von 33 Grad zwischen dem „Erwartungswert“ und den real beobachteten + 15 ° C ist zwar ungenau, eben nur eine Näherung, aber doch ein klarer Hinweis dafür, dass zu der reinen Sonnenbestrahlung noch eine weitere Energiezufuhr zur Erdoberfläche vorhanden sein muss, wie es ja auch durch die Gegenstrahlung des CO2 sein muss (es sei daran erinnert, dass die Absorption von Strahlung immer Energiezufuhr bedeutet, egal, woher diese Strahlung kommt).
Das steht übrigens auch im Einklang mit dem Zweiten HS der Thermodynamik, wenn diese Gegenstrahlung von einem Körper kommt, der wärmer ist als die Weltraum-Hintergrundstrahlung (anders ausgedrückt: Wenn der konstant beheizte Körper besser isoliert wird). Genau das ist real der Fall.
Ergänzung: Dass das CO2 daneben auch noch einen zweiten Wärmeabfuhrpfad (insbesondere für Latentwärme) von der Erdoberfläche in den Weltraum (nicht nur in die Atmosphäre, sondern aus dieser auch in den Weltraum) eröffnet, ändert nichts an der prinzipiellen Funktionsweise des Treibhauseffektes und dessen Verstärkung durch mehr CO2. Man kann nur noch darüber diskutieren, wie stark dieser zweite Wärmeabfuhrpfad wirkt und ob er vielleicht ab einer bestimmten CO2-Konzentration sogar größer wird als die Behinderung des ersten Wärmeabfuhrpfades (Strahlungsaustausch mit dem Weltraum). Oberhalb würde CO2 dann tatsächlich kühlen, unterhalb wärmt es.
Am (verstärkten) Treibhauseffekt führt m. E. kein Weg vorbei. Die Frage ist nur, wie stark er verstärkt ist und woher das viele CO2 tatsächlich stammt.
Schauen Sie mal hier
https://www.youtube.com/watch?v=PtE0nzKCocc&feature=emb_logo
Hier ca. bei Minute 8
Ergebnis. Ein kühlerer Körper kann einen wärmeren Körper auch durch seine Strahlung nicht erwärmen, weil seine Strahlung zu niederfrequent ist, um dessen Elektronen anzuregen.
https://www.youtube.com/watch?v=Wcb_vcEVd6w&feature=emb_logo
=> Ein kühlerer Körper kann einen wärmeren Körper auch durch seine Strahlung nicht erwärmen, weil seine Strahlung zu niederfrequent ist
Da irren Sie. Die Absorption von „kälterer“ Strahlung (deltaS in W/m²) führt einem mit S beheizten Körper zusätzlich Energie zu. Und nach S-B gilt S+deltaS=Sigma•(T+deltaT)^4. Damit wird näherungsweise deltaT=deltaS/S/4•T. Das ergibt pro W/m² bei 288 K +0,184 Grad.
Dann irrt sich auch die Physik. Typisch Dietze.
Admin am 6. Juni 2022 um 21:22
Es gibt verschiedene Experimente, die diese Situation prüfen:
Beide Experimente veranschaulichen das von Herr Dietze geschriebene. Und seine Beschreibung deckt sich fast mit dem „Stefan-Boltzman-Umgebungsgesetz“ von Herrn Weber. Dort wird ja auch postuliert, dass eine Umgebung der Temperatur T_0 zu einer höheren Bodentemperatur T führt, obwohl T_0 kleiner als T ist …
#290548
Admin: „Dann irrt sich auch die Physik.“
Denke eher: wenn es nicht so wäre, müssten wir die Physik neu erfinden. Beide Körper bilden ein System.
Das mit der Mikrowelle weiter unten zeigt: Sich nur mit IR für Wärme zu beschäftigen ist nicht zielführend.
@Marvin Müller
Mit dem „Spencer Experiment“ und „Schnell Experiment“ kann man gar nichts anfangen.
Siehe: https://eike-klima-energie.eu/2020/11/17/gibt-es-einen-treibhauseffekt/
Zitat: Das Experiment, das man als einen weiteren Test bezeichnen kann, soll nachweisen, dass die Temperatur der Erd-Platte hauptsächlich durch Strahlungsaustausch I mit der 1,11 m entfernten kalten Platte bestimmt wird.
Beweisen Sie diese zitierte Behauptung von Herrn Schnell auf physikalischer Basis.
Können Sie das?!
Mfg
Werner Holtz
Meine Mikrowelle hat etwa 3 GHz. Sie erwärmt Speisen welche etwa 30000 GHz abstrahlen.
Nicht wasserhaltige Stoffe erwärmt sie aber nicht.
Die Erdoberfläche ist aber weitgehend ein wasserhaltiger Stoff. Davon abgesehen ist sie auch für IR weitestgehend ein Schwarzkörper, der Strahlung – unabhängig von der Quellentemperatur – absorbiert (das gilt z.B sogar für Wolken und Schnee). Und absorbierte Strahlung erzeugt bekanntlich Wärme – und die wird bekanntlich im Gleichgewicht zusätzlich gemäss S-B wieder abgestrahlt. Das ergibt den „Treibhauseffekt“.
Die Mikrowelle ist ein nicht-thermischer Strahler, die Temperatur des nicht-thermischen Strahlers spielt keine Rolle, sondern nur die Signalstärke (Intensität). Das Stefan-Boltzmann-Gesetz ist nur für thermische Strahler gültig.
Es bestätigt sich immer wieder, Sie haben keine physikalischen Grundkenntnisse.
@ Uli Weber
Zitat: Aber auch Gerlich betrachtet bei seiner Temperaturberechnung fälschlich die gesamte Erdoberfläche und schließt dabei die Nachtseite mit 0 Kelvin ein.
Gerlich/Tscheuschner benutzen eine winkel-treue Funktion zur Integration, aber keine flächen-treue Funktion, deshalb ergibt sich eine viel zu niedrige Temperatur (Durchschnitt der Temperatur der Winkel) für die Hemisphäre H1 (Tagseite).
Ich habe mal vor Jahren eine Abhandlung der von Erich Schoenberg (Photometrie der Gestirne, 1922) entwickelten Zentral-Solarpunkt Ansatz ausgearbeitet, diesen Ansatz benutzt auch Gerlich/Tscheuschner.
Im Link der Auszug aus meiner Abhandlung über den „Zentral-Solarpunkt Ansatz“, dabei ist auch die berichtigte Gerlich/Tscheuschner Sichtweise enthalten.
https://docdro.id/bR7XeTo
Siehe auch: Using real Earth Albedo and Earth IR Flux for Spacecraft Thermal Analysis
https://ttu-ir.tdl.org/bitstream/handle/2346/72957/ICES_2017_142.pdf
Mfg
Werner Holtz
Ein korrektes Beispiel für die Tatsache, dass Erwärmung nicht-thermisch erfolgen kann, erst durch die Thermalisierung der absorbierten Mikrowellen, stellt sich eine Temperatur des Essens ein, welches die absorbierte Strahlung in thermische Strahlung (je nach erzielter Absoeptionsmenge und damit Erwärmung) als thermische Strahlung mit i.d.R. anderem Spektrum abstrahlt.
Mit Verlaub: Wie viel Leistung hat Ihre Mikrowelle und wie viel Ihr Abendessen?
Herr Holtz,
danke fuer die Links. Zur zweiten Arbeit
Using real Earth Albedo and Earth IR Flux for Spacecraft Thermal Analysis
meine Anmerkungen.
Erstens Mittelwerte werden nicht gemessen. Messwerte werden gemittelt.
In der Tabelle 3 ist unmissverstaendlich von Messwerten die Rede, die so gar nicht exisitieren. Siehe auch Text.
Zweitens wenn die Arbeit als Grundlage fuer die Thermische Analyse von Raumflugkoerper dienen soll, ist die Angabe von Mittelwerten ueberhaupt dienlich? Waere es nicht sinnvoll Maximum und Minumum Werte zu untersuchen. Ich denke da an thermischen Stress durch Temperaturunterschiede. Oder sind die Geschwindigkeiten eines Satelliten so hoch, das es nicht zu solchen thermischen Stress kommt?
Auch bin ich ueberrascht, das die Abstrahlung an den Polen und am Equator sich so wenig unterscheiden soll. Wenn die Strahlung von der Oberflaeche kommt, wuerde man dann nicht hoehere Unterschiede finden? Was wird da wirklich gemittelt? Wird ueberhaupt zwischen Strahlung von der Oberflaeche und aus der Atmosphaere unterschieden?
Wolken ausgeschlossen? Oder werden Wolken und Oberflaechenstrahlung gemittelt? Ergibt sich wirklich ein so gleichmaessiges Bild?
Da sind noch einige Fragen offen.
mfg Werner
@Werner Schulz
Zitat: Erstens Mittelwerte werden nicht gemessen. Messwerte werden gemittelt.
Ja, steht doch da – Mittelwert gemessenen … (Average measured)
Zitat: Waere es nicht sinnvoll Maximum und Minumum Werte zu untersuchen.
Nicht unbedingt, hat übrigens mit dem Sichtfaktor zu tun, das man besser mit zonalen Mittelwerten rechnet.
Zitat: Wird ueberhaupt zwischen Strahlung von der Oberflaeche und aus der Atmosphaere unterschieden?
Nein, steht auch im Text – Earth IR flux, Earth temperature – alles „Top of Atmosphere“.
Zitat: Wolken ausgeschlossen? Oder werden Wolken und Oberflaechenstrahlung gemittelt? Ergibt sich wirklich ein so gleichmaessiges Bild?
Wolken ausgeschlossen? – Nein.
Oder werden Wolken und Oberflaechenstrahlung gemittelt? – Ja, alles „Top of Atmosphere“.
Ergibt sich wirklich ein so gleichmaessiges Bild? – Ja, über die zonalen gemittelten Werte schon.
Mfg
Werner Holtz
Das würde heissen, dass Sie sich selbst durch ziehen an ihre Haare aus dem Sumpf ausziehen kőnnten! Was -wie bekannt -nicht mőglich ist.
Eike Roth
„es sei daran erinnert, dass die Absorption von Strahlung immer Energiezufuhr bedeutet, egal, woher diese Strahlung kommt“
Diese Formulierung stimmt, sie verschweigt aber, daß nicht jede Strahlung von jedem Körper absorbiert wird!
Vergleichbar mit einem Wasserschlauch, auf dessen beiden Seiten unterschiedliche Drücke anstehen. Obwohl beide Drücke ohne Gegendruck oder bei geringerem Gegendruck das Wasser in die jeweilige Druckrichtung befördern würden, fließt es in Wirklichkeit immer vom höheren Druck zum niedereren. Es wird also kein einziges Molekül des niederen Drucks in Richtung zum höheren Druck wandern.
Man kann auch mein übliches Beispiel nennen. Wenn man neben einen Heizkörper von z. B. 50°C, der ca. mit 620 W/m² strahlt, einen Eiswürfel strahlen läßt, strahlt dieser bei z. B. -10°C mit ca. 270 W/m². Trotzdem wird ein von beiden Strahlungen angestrahlter Körper im Fall mit dem Eiswürfel nicht wärmer als ohne ihn. Eher umgekehrt, weil so lange das Eis noch nicht geschmolzen ist, ein Teil der Heizkörperstrahlung vom Eis aufgenommen wird und damit anderen Absorbern fehlt.
Mein Standpunkt zu Stefan-Boltzmann siehe: 5. Juni 2022 um 19:31
Herr Strasser,
in einem Punkt sind wir uns also einig: Absorption von Strahlung bedeutet immer Energiezufuhr.
Bei einem Vergleich muss man immer aufpassen, dass man nicht Äpfel mit Birnen vergleicht. Ihr Wasserschlauch passt daher nicht zu einem Vergleich mit Energietransport durch Strahlung: Letzterer geht immer gleichzeitig in beide Richtungen, durch Ihren Schlauch kann Wasser nicht gleichzeitig in beide Richtungen fließen. Nehmen Sie statt dessen zwei Schläuche, dann geht das. Und dann fließt natürlich durch den mit stärkerem Druck beaufschlagten Schlauch mehr Wasser als durch den anderen, aber durch den fließt auch etwas, es wird also auch Wasser in der Gegenrichtung transportiert.
Auch Ihr Beispiel mit dem Eiswürfel muss auf die richtigen Randbedingungen angepasst werden. Betrachten Sie das Ganze in Weltraumumgebung: Wenn der angestrahlte Körper nicht nur vom Heizkörper mit 50 °C angestrahlt wird, sondern zusätzlich auch vom Eiswürfel mit -10 °C, wird er wärmer, als wenn er statt des Eiswürfels Weltraum-Hintergrundstrahlung sieht.
Eike Roth am 7. Juni 2022 um 0:48
Dieser Ansatz spiegelt sich auch in der „Stefan-Boltzmann-Umgebungsgleichung“ wieder. Dort steht ja der Erdoberfläche, die in Abhängigkeit von ihrer Temperatur T Energie abstrahlt, die Atmosphäre gegenüber, die in Abhängigkeit von ihrer Temperatur T_0 Energie in Richtung Boden strahlt. Dadurch verliert der Erdboden nur Energie mit P = σ * A * T4 – σ * A * T04 = σ * A * (T4 – T04) mit T_0 Temperatur der Atmosphäre statt den 3K Hintergrundtemperatur des Alls … (Im Artikel steht (T – T_0)^4, aber das sieht nach einem Fehler aus – in früheren Versionen steht das auch noch so wie von mir geschrieben…)
Diese Umgebungsgleichung hat Herrr Weber eingeführt, um das Problem der Abstrahlung auf der Nachtseite und das dadurch entstehende Defizit in seiner Energiebilanz zu beseitigen.
Ich schrieb am 7. Juni 2022 um 10:05
Die Formel sollte P = σ * A * T^4 – σ * A * T_0^4 = σ * A * (T^4 – T_0^4) sein. Die im Editor korrekt angezeigten Hoch-/Tiefstellungen sind komplett verlorengegangen (worauf der Admin weiter oben hinwies …).
@ Roth
Es geht um Wärme und Wärme ist Energie:
Obwohl ich es hier schon mehrfach getan habe, zitiere ich nochmals aus dem Lehrbuch von Clausius (1887), „Die mechanische Wärmetheorie“. Clausius, der Vater des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik, schrieb:
“Die Wärme kann nicht von selbst aus einem kälteren in einen wärmeren Körper übergehen.”
Er fährt dann fort:
“Die hierin vorkommenden Worte „von selbst“, welche der Kürze wegen angewandt sind, bedürfen, um vollkommen verständlich zu sein, noch einer Erläuterung, welche ich in meinen Abhandlungen an verschiedenen Orten gegeben habe. Zunächst soll darin ausgedrückt sein, daß durch Leitung und Strahlung die Wärme sich nie in dem wärmeren Körper auf Kosten des kälteren noch mehr anhäufen kann. Dabei soll dasjenige, was in dieser Beziehung über die Strahlung schon früher bekannt war, auch auf solche Fälle ausgedehnt werden, wo durch Brechung oder Reflexion die Richtung der Strahlen irgend wie geändert, und dadurch eine Concentration derselben bewirkt wird.”
An späterer Stelle in seinem Lehrbuch schrieb Clausius dann noch:
“Der von mir zum Beweise des zweiten Hauptsatzes aufgestellte Grundsatz, daß die Wärme nicht von selbst (oder ohne Compensation) aus einem kälteren in einen wärmeren Körper übergehen kann, entspricht in einigen besonders einfachen Fällen des Wärmeaustausches der alltäglichen Erfahrung. Dahin gehört erstens die Wärmeleitung, welche immer in dem Sinne vor sich geht, daß die Wärme vom wärmeren Körper oder Körpertheile zum kälteren Körper oder Körpertheile strömt. Was ferner die in gewöhnlicher Weise stattfindende Wärmestrahlung anbetrifft, so ist es freilich bekannt, daß nicht nur der warme Körper dem kalten, sondern auch umgekehrt der kalte Körper dem warmen Wärme zustrahlt, aber das Gesamtresultat dieses gleichzeitig stattfindenden doppelten Wärmeaustausches besteht, wie man als erfahrungsmäßig feststehend ansehen kann, immer darin, daß der kältere Körper auf Kosten des wärmeren einen Zuwachs an Wärme erfährt.”
(Fettdruck von mir) Dem ist nichts hinzuzufügen.
Und wie kommen Sie auf die Idee, zwei Strahlungen unterschiedlicher Leistung addieren sich? Auf welcher Gesetzmäßigkeit sollte das erfolgen? Ob das Heizkörperbeispiel bei einer diffusen irdischen Hintergrundstrahlung entsprechende z. B. 20°C stattfindet oder ohne Hintergrundstrahlung, kann keinen Unterschied machen.
Nehmen sie stattdessen zwei Heizkörper mit je 50°C, also jeder strahlt mit 620 W/m², wenn man addiert, würden auf den gemeinsamen Absorber 1240 W/m² wirken, was zu einer wesentlich höheren Temperatur führen müßte. Wenn man eine lokale diffuse Hintergrundstrahlung dazunimmt, müßte es noch viel wärmer werden, beim Absorber. Auch das ist unphysikalisch! Der einzige Unterschied bei zwei Heizkörpern ist die Geschwindigkeit der Erwärmung des Absorbers, die erreichbare Grenztemperatur bleibt aber 50°C in beiden Fällen. Jeder Heizungstechniker weiß das!
Hr. Weber,
die Fragestellung, die Sie in den Raum stellen, geht klar am Kern der Sache vorbei!
Warum? Weil es um eine energetische Fragestellung geht, und Energie (Ws oder Joule) in Stefan-Boltzmann nicht vorkommt! Die Konsens-Klimatologie macht mindestens zwei essentielle Fehler: erstens dreht sie das Gesetz um, versucht also über das Gesetz eine Temperatur aufgrund einer Leistung zu berechnen. Allerdings wird die tatsächliche Energieaufnahme bestimmt durch die Zeit, die eine Leistung wirkt und die Masse, die es zu erwärmen gilt. Beide Parameter kommen in Stefan-Boltzmann nicht vor! Das einzige, was man vermutlich sagen kann, ist, daß nach unendlich langer Zeit die errechnete Temperatur vermutlich grob erreicht wird. Unendliche Zeit steht aber nie zur Verfügung. Für Wasser gilt bekanntlich: 4,18 kJ Energiezufuhr für +1°C je Liter. Zweitens verteilt diese „Wissenschaft“ die Leistung von TOA 1368 W/m² linear geviertelt auf die gesamte Oberfläche. Nachdem aber die Temperatur über die 4. Potenz eingeht, ist jede lineare Viertelung absurd.
Ergänzende Indizien sind erstens die überall feststellbare Beobachtung, daß es auf der Erde keinen einzigen Punkt gibt, der mit seinen Ist-Temperaturen der lokal angewendeten umgekehrten Formel nach Stefan-Boltzmann folgt. Und zweitens, es wird physikalisch richtig immer von „Energiebilanzen“ gesprochen, nur kommen Energien in Stefan-Boltzmann eben nicht vor!
Und zuletzt, die Wirklichkeit falsifiziert die -18°C Theorie klar, leider nimmt die Konsenswissenschaft das nicht zur Kenntnis!
Mein Fazit: Jeder der versucht, mit Stefan-Boltzmann Oberflächentemperaturen zu ermitteln, zeigt damit, wenig von Physik verstanden zu haben. Stefan-Boltzmann ist ausschließlich dafür geeignet, grob (wegen Emissionsfaktor) die Abstrahlungsleistung bei gegebener Temperatur von Festkörpern oder Flüssigkeiten zu bestimmen. Alles andere ist unphysikalischer Unsinn!
Nichts für ungut!
Eigentlich ist diesem Kommentar nichts hinzuzufügen. Nur ein Hinweis noch: Es gibt keine Temperaturmessung ohne Fehler, die ungenaueste aber schnellste ist die über Infrarot.
Die Anwendung des Stefan Boltzmann Gesetzes auf die Erde ist unzulässig. Voraussetzung für die dargestellte Beziehung ist ein klar beschriebener homogener Körper mit einer eindeutig erfassbaren Temperatur (eingeschwungener Zustand). Die Erde ist alles andere als ein homogener Körper mit einer eindeutig erfassbaren Temperatur. Jeweils zu bildende viele einzelne eigene homogene Körper können Temperaturen zwischen -94°C und +60°C haben. Nur darauf kann man das Stefan Boltzmann Gesetz einzeln anwenden.
Eine gemittelte Temperatur, die ohnehin nur noch ein Skalar ist und die Dimension Temperatur wegen fehlenden Massebezugs verloren hat, ist für die Anwendung dieses Gesetzes untauglich. Dennoch wird dieser Fundamental-Fehler immer wieder gemacht.
Wer es nicht einsieht, kann sich ja eine Zahlenreihe von 1 bis 10 aufstellen, und a) deren Mittelwert bilden und diesen in die 4. Potenz erheben und b) jede einzelne Zahl in die 4. Potenz erheben und daraus den Mittelwert bilden. Das Ergebnis unterscheidet sich gewaltig.
Mittelwerte sind etwas für Statistiker, in der Physik kommen sie nicht vor. Die Physik hat keine Rechner! Deshalb kennt die Physik auch keine „Global-Temperatur“, selbst wenn die Rechner am PIK in Potsdam sich dabei heiß laufen und die Köpfe von Schellnhuber und Rahmstorf zum Glühen bringen.
Ein weiter Experiment stellt doch alles in Frage,
denn ein Eiswürfel mit einer Tmperatur von ca minus 20 Grad C, strahlt nach
Stegfsn Boltzmann mit ca 232 Wm².
Montiert man 4 Wärmelampen mit je 50 Watt in ein Gestell, spürt man diese Wärme schon ca 0.5 Meter davor (Handfläche).
Gleiche Wirkung beim Eis?
Weit gefehlt, also was stimmt da nicht?
Da kann man hin und her rechnen!
Dei Frage bleibt, Strahlt nun die Atmosphäre mit den IR aktiven Gasen so, dass sie dei Erde um
sage und schreibe 33 Grad C wärmer macht?
Nicht in der Theorie und schon gar nicht in der Praxis, wie mein Glasscheibe-Experiment zeigt!
Werden 2 Glasscheiben nebeneinander über einen warmen Boden positioniert, die eine ca 12 cm über dem Boden, die andere ca 120 cm über dem Boden, und alle Temperaturen gemessen!
Dann stellt man fest:
a) die , nah am Boden positionierte Scheibe wird genauso warm oder auch heiß, wie der Boden
b) die oben positionierte Scheibe erreicht auch nach mehreren Stunden nur die Lufttemperatur!
Was läßt sich folgern?
Sehr nah am Boden ist tatsächlich IR Strahlung vorhanden und diese wird von der Glasscheibe absorbiert und erwärmt diese!
Da die obere Scheibe ebenso IR Strahlung komplett aborbieren würde, wenn welche da wäre, würde sie auch wärmer werden als dIe Lufttemperatur!
Somit zeigt dieses Experiment eindeutig:
a) Dei Bodenstrahlung der Erde wird schon im 1. Meter über dem Boden komplett thermalisiert!
b) keine Strahlung aus der Atmosphäre – kein „Treibhauseffekt“ weder natürlcih noch menschgemacht!
ich denke Herr Stehlik und Herr Prof. Dr. Kramm haben beide Recht !
COI2 strahlt seine Energie der Tmperatur entsprechend vor allem in den Weltrum ab.
Die Photonen in Richtung Erde werden schon auf dem Weg nach unten von Milliarden IR aktiven Molekülen abgefangen und thermalisiert. Keine erwärmende Wirkung auf die Erde.
Ganz im Sinne der Physik – siehe 2. hauptsatz der Thermodynaik!
„er 2. Hauptsatz hat noch eine Bedeutung für die Thermodynamik. Eine Maschine, die unter Verletzung des 2. Hauptsatzes Arbeit verrichten würde, wird „Perpetuum mobile der 2. Art“ genannt. Das wäre z.B. eine Wärmekraftmaschine, die Wärme aus einer kalten Umgebung entnehmen könnte, um in einer warmen Umgebung Arbeit zu verrichten. Laut dem 2.Hauptsatz ist dies aber unmöglich. Eine Maschine, die z.B. das Wärmereservoir der Meere in Arbeit umwandelt kann also nicht existieren.
Von Planck kam der Vorschlag diese Tatsache „das Verbot des Perpetuum moblie 2.Art“ zu nenne“
https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/thermodynamik/INHALT/HS2.HTM
Und wer da glaubt, dass Photonen im 15 mikrometer Wellenbereich die CO2 Moleküle so anregen könen,
dass auch sie wieder Strahlung emittieren können, dem empfehle ich, sich einmal zu informieren, wie ein CO2 Laser funktioniert, denn hier strahlt das CO2 tatsächlich!
https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlendioxidlaser
Co2 Kühlt die Erde!!
https://www.co2-kuehlt-die-erde.com/
@Eugen Ordowski am 5. Juni 2022 um 13:25
Sie und Ihre Glasscheiben ….., sorry 😉
Mal abgesehen davon, dass Sie die Transmission der Scheibe völlig außer acht lassen (Durchlass nur von ca. 300 – 4000 nm und das auch nicht zu 100%), ist das nicht das allerbeste Beispiel. Ihre bodennahe Scheibe verhält sich wie ein Glashausdach. Die „offenen Wände“ in Ihrem Fall stören nicht so sehr, wenn die Glasplatte entsprechend groß ist. Die meiste Strahlung geht durch das Glas und erwärmt den Erdboden, der seine entstehende Wärme hauptsächlich durch Konvektion abgibt, die sich unter der Platte staut und die Platte erwärmt.
In größerer Höhe über dem Boden (z.B. 1 m) verdünnt sich die erwärmte Luft vom Boden mit der Umgebungsluft und die höhere Scheibe nimmt in etwa die Umgebungstemperatur an. Aber die Strahlungsanteile, die nicht durch das Glas gehen, werden im Glas trotzdem zu Wärme mit der Folge einer Erwärmung gegenüber der umgebenden Luft. Das mag nicht viel sein aus dem Sonnenspektrum, aber sollte nicht vergessen werden.