Teil 7: Die messbare atmosphärische Gegen- oder Rückstrahlung
Die messbare atmosphärische Gegen- oder Rückstrahlung wird immer wieder als Beweis für die Existenz des atmosphärischen Treibhauseffektes angeführt. Deshalb werde ich abschließend auf dieses Phänomen eingehen.
Zur Messung der atmosphärischen Gegenstrahlung verwendet man Pyrgeometer. In Abbildung 1 ist ein solches Gerät der Firma Kipp & Zonen dargestellt.
Abbildung 1: Pyrgeometer zur Messung der Rückstrahlung, Quelle: https://www.kippzonen.com/
Weltweit wird die atmosphärische Gegenstrahlung vom World Radiation Monitoring Center (WRMC: https://bsrn.awi.de/ ) mittels eines Netzes von Messstationen erfasst. Als Beispiel sind in Abbildung 2 die Messwerte einer Messstation nahe München graphisch dargestellt.
Abbildung 2: Quelle: Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A4rische_Gegenstrahlung
Zu beurteilen, inwieweit diese Messgeräte wirklich in der Lage sind die atmosphärische Gegenstrahlung zuverlässig zu messen, sprengt den Rahmen dieses Artikels. Uli Weber hat sich etwas näher mit dieser Frage beschäftigt. Unter folgenden Link findet der Leser seine Beurteilung: https://eike-klima-energie.eu/2021/02/25/anmerkungen-zum-gegenstrahlungs-paradoxon-aus-einem-hemisphaerischen-blickwinkel/
In der folgenden Diskussion nehme ich an, dass es eine atmosphärische Gegenstrahlung gibt und dass sie durch thermisch angeregte Emission der Treibhausgase bzw. Wärmestrahlung von Wolken zustande kommt. Als Rechengrößen verwende ich die vom IPCC veröffentlichten Strahlungsflüsse, ohne mich darauf festlegen zu wollen, dass diese Werte der Realität entsprechen.
Die atmosphärische Gegenstrahlung wird in den Darstellungen der globalen Energiebilanz (Abbildung 3) als ein sehr dominantes Element der globalen Energieflüsse dargestellt. Mit ca. 320 W/m² ist die Gegen- oder Rückstrahlung (Back Radiation) fast doppelt so groß wie die von der Oberfläche absorbierte Sonnenstrahlung, die es nur auf ca. 170 W/m² bringt.
Abbildung 3: Jährliche, globale, gemittelte Energiebilanz der Erde gemäß Kiehl und Trenberth 1979
Das ist erstaunlich und passt irgendwie nicht so ganz zu unserer Wahrnehmung der Sonne als wichtigste Wärmespenderin im Wettergeschehen.
Wenn man Oberflächenstrahlung (ca.-390 W/m², entspricht der Strahlungsleistung eines Schwarzen Körpers von 15 °C ) und Gegenstrahlung (ca. +320 W/m²) als Gesamtheit betrachtet wird verständlich wie die hohen Messwerte für die Gegenstrahlung zustandekommen.
Die 320 W/m² der Gegenstrahlung werden zwischen der Erdoberfläche und der Atmosphäre hin- und hergestrahlt ohne dass es zu einem wirklichen Nettoenergiefluss kommt. Netto strahlt die Oberfläche ca. 70 W/m2 nach oben ab.
Die Frage wie groß der Anteil der Atmosphäre ist, aus dem die Gegenstrahlung hervorgeht, wurde schon in den vorherigen Artikeln beantwortet.
Wie im Emissionsspektrum der bodennahen Atmosphäre zu erkennen ist (Abbildung 4), wird die Rückstrahlung von der Strahlung des Wasserdampfes und des CO2 dominiert.
Abbildung 4: Emissionsspektrum von Luft Quelle:Luca Palchetti et al. (2021) „Observations of the downwelling far-infrared atmospheric emission at the Zugspitze observatory” https://essd.copernicus.org/articles/13/4303/2021/
In Bodennähe beträgt die Reichweite der 15 µm-CO2-Strahlung ca. 10-50 m. Für die Wasserdampf-frequenzen ergeben sich nach Peng-Sheng Wei 2019 ähnlich kurze Reichweiten (Absorption coefficient of water vapor across atmospheric troposphere layer, 2019) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844018327415 (Tabelle 1).
Tabelle 1: Reichweiten der Wasserdampffrequenzen, berechnet mit den von Peng-Sheng Wei 2019 veröffentlichten Absorbtionskoefizienten https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844018327415
Man kann also davon ausgehen, dass die Gegenstrahlung ihren Ursprung in den unteren 10 m bis 50 m der Atmosphäre hat. Ihre Energie bezieht sie aus dem Wärmeinhalt der bodennahen Luftschicht und vor allem aus der Wärmestrahlung des Bodens, die von dieser Luftschicht absorbiert wird. Entsprechend gering ist die Wärmekapazität aus der die atmosphärische Gegenstrahlung ihre Energie shöpfen kann.
Bei der atmosphärischen Gegenstrahlung handelt es sich demnach nicht um einen mächtigen Strahlungsfluss, der die ganze Troposphäre durchzieht und einen wesentlichen Beitrag zur Energiebilanz der Erde leistet, sondern um eine Art „Nullsummenspiel“ in bodennähe (Abbildung 1).
Abbildung 5: Die Gegenstrahlung ist eine Art Nullsummenspiel
Die Gegenstrahlung kann die Erdoberfläche nur dann erwärmen, wenn aus wärmeren Bereichen stetig warme Bodenluft herangeführt wird, die eine höhere Temperatur als die Erdoberfläche hat.
Auch für die Wettervorhersage geht man davon aus, dass die Gegenstrahlung ihren Ursprung in Bodennähe hat. Um zu beurteilen wie stark die Gegenstrahlung die nächtliche Abkühlung der Erdoberfläche vermindert, benutzt man in der Meteorologie empirische Formeln. Man verwendet ein um den Korrekturfaktor εLuft erweitertes Stefan-Boltzmann-Gesetz.
εLuft beschreibt das Emissionsvermögen der bodennahen Luft. Zur Abschätzung des Korrekturfaktors εLuft dienen empirische Formeln, die εLuft als Funktion der bodennahen Temperatur und Luftfeuchte berechnen. In Abbildung 6 ist eine Auswahl solcher Formeln dargestellt.
Abbildung 6: Empirische Formeln zur Berechnung der Rückstrahlung, Quelle: https://www.scielo.br/j/ambiagua/a/4bNM5NW8t7m7WDWPsw7p44D/?lang=en
Um eine mechanische Analogie zu bemühen, können wir zusammenfassend feststellen, dass die messbare atmosphärische Gegenstrahlung den Treibhauseffekt genauso wenig retten kann, wie sich Baron Münchhausen an den eigenen Haaren aus dem Sumpf ziehen konnte.
Abbildung 7: Rückstrahlung ist kein Netto-Energiefluss, Quelle „Münchhausen“: https://depositphotos.com/de/vector/baron-munchausen-pulls-himself-by-the-hair-out-of-the-swamp-sketch-engraving-vector-illustration-372828632.html
Der Artikel ist ein Auszug aus dem Online-Buch „Die unglaubliche Physik des Treibhauseffektes“, das unter https://markusott.substack.com/p/die-unglaubliche-physik-des-treibhauseffektes zu finden ist. In diesem Werk hat der Chemiker Dr. Markus Ott zusammen mit seinem Kollegen Tom Shula, einem Physiker aus der Halbleiterindustrie des Silicon Valley, die Ergebnisse ihrer intensiven Beschäftigung mit der Physik des atmosphärischen Treibhauseffektes dargelegt. Eine englische Version des Buches ist ebenfalls auf Substack verfügbar https://markusott.substack.com/p/the-fake-physics-of-the-greenhouse . Teile ihrer Arbeit werden auch auf dem YouTube-Kanal von Tom Nelson https://www.youtube.com/@tomnelson2080 vorgestellt.
Markus Ott arbeitet seit 1994 als Forscher und Entwickler in der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Er hat sich vor allem mit der Entwicklung photolithographischer Methoden zur Herstellung von Biochips sowie mit der Entwicklung lichthärtender Kunststoffe beschäftigt. Neben den theoretischen Grundlagen verfügt er über die notwendige praktische Erfahrung, um die Wechselwirkung von Licht mit Materie zu beurteilen. Als begeisterter Flieger beschäftigt er sich seit seiner Jugend mit den Vorgängen in unserer Atmosphäre. Das Buch „Die unglaubliche Physik des Treibhauseffektes“ bzw. die englische Version „The Fake Physics of the Greenhouse Effect“, sollen in möglichst verständlicher Form zeigen, dass das zentrale Dogma der modernen Klimawissenschaft jeder physikalischen Realität entbehrt.
Dank auch an Dieter Glatting, der mit seinem Artikel „Die Falsifizierung der Treibhaus-These“ diese Artikelserie angeregt hat und bei der Umsetzung behilflich war.
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Dem möchte ich widersprechen. Wenn es heißt, dass die Gegenstrahlung die Erdoberfläche erwärmt (und damit also für den Treibhauseffekt verantwortlich ist), dann bedeutet das nicht, daß man eine kalte Oberfläche hat, und dann kommt die Gegenstrahlung und heizt sie auf. Wenn es so gemeint wäre, dann wäre Ihre Aussage richtig. Dann würde außerdem direkte Wärmeleitung von der Luft zur Oberfläche stattfinden und zur Aufheizung beitragen. So eine Situation könnte allenfalls situativ zeitlich und räumlich begrenzt eintreten.
Aber eigentlich meint die Erwärmung der Erdoberfläche durch Gegenstrahlung etwas anderes. Man betrachtet nämlich eine Gleichgewichtssituation, und zwar ein globales und zeitlich längerfristiges Gleichgewicht (lokal und kurzfristig hat man das ja nicht). Z.B. Ihre Abbildung 3 beschreibt ein solches Gleichgewicht. Und dann ist mit Treibhauseffekt gemeint: Mit Gegenstrahlung ist die Gleichgewichts-Temperatur der Erdoberfläche höher als ohne Gegenstrahlung. Und das ist ja auch logisch, denn der Beitrag der Gegenstrahlung muss ja in der Energiebilanz der Erdoberfläche berücksichtigt werden. Wenn dort mehr einstrahlt, muss ihre Temperatur steigen, damit sie auch mehr wieder abgeben kann.
Insofern ist Gegenstrahlung tatsächlich der Mechanismus, mit dem die Natur den atmosphärischen Treibhauseffekt realisiert. Und das ist kein Widerspruch zu dem Modell der effektiven Abstrahlhöhe und der adiabatischen Temperaturzunahme nach unten hin.
@ ALL
Ich wiederhole mich ja nur sehr ungern: Vorsicht Blogwarte!
Es ist nicht zu übersehen, dass Kruger und Haß nicht genehme Artikel für die nachfolgenden Leser sofort framen und sich dabei, wie auf dem untergegangenen ScienceSceptical-Blog, die Bälle gegenseitig zuspielen…
… und Heini Blogwart mischt da natürlich auch fleißig mit.
Genauso wird es sein. 😉
Durch das Theater weltweit und Methan haben sich
W. A. van Wijngaarden 1 and
W. Happer 2
1 Department of Physics and Astronomy, York University, Canada, wlaser@yorku.ca 2 Department of Physics, Princeton University, USA, happer@Princeton.edu
Nochmals die Strahlungsänderung durch CO2 und Methan nach Max Planck und Karl Schwarzschild berechnet
Dependence of Earth’s Thermal Radiation on Five Most Abundant Greenhouse Gases
2020_06_08 https://www-f9.ijs.si/~margan/CO2/Refs/Selection/Wijngaarden_and_Happer_2006.03098.pdf
https://wvanwijngaarden.info.yorku.ca/files/2020/12/WThermal-Radiationf.pdf?x45936
The Methane Scare Under the Microscope
Prof. William Happer
2026_06_01
https://www.youtube.com/watch?v=r88r_oxwMDc
Happer geht davon aus, daß die Treibhausgase eine Art „Abstrahlwiderstand“ verursachen. In einem System, in dem der konvektive Wärmetransport der limitierende Faktor ist (wie in den vorherigen Artikeln ausführlich gezeigt wurde) kann ein solcher „Abstrahlwiderstand“ keinen Einfluß auf den Wärmefluß haben.
Auch der Gleichverteilungssatz macht einen solchen Abstrahlwiderstand unmöglich, der angeblich behinderte Wärmeabfluß kann immer auf die Wasserdanpffrequenzen ausweichen kann.
Anbei noch eine anschauliche Erklärung nach Lindzen für die Änderung der Abstrahlungshöhe und Erwärmung am Erdboden.
Dieses Diagramm veranschaulicht den Treibhauseffekt und erklärt, wie Konvektion und eine steigende Konzentration von Treibhausgasen das vertikale Temperaturprofil der Erdatmosphäre verändern.
Auswirkung von mehr Treibhausgasen
Verschiebung der effektiven Emissionshöhe: Die Erde strahlt Wärme bei einer effektiven Temperatur von etwa 255 K (ca, -18°C) in den Weltraum ab. Steigt die Konzentration von Treibhausgasen, wird die Atmosphäre für Wärmestrahlung undurchlässiger, sodass diese Abstrahlung erst in größeren Höhen bei geringerem Druck stattfinden kann.
Erwärmung der oberen Troposphäre
Da die Temperatur in der neuen, höheren Emissionsschicht wieder 255 K erreichen muss, verschiebt sich das gesamte Temperaturprofil nach rechts. In der oberen Troposphäre steigt die Temperatur um den Betrag dTa.
Erwärmung der Erdoberfläche dTs:
Weil die Konvektion die Atmosphäre entlang der neuen feuchtadiabatischen Kurve durchmischt, überträgt sich diese Erwärmung bis ganz nach unten. Die Temperatur an der Erdoberfläche steigt dadurch um dTs an.
Die Abbildung stammt von dem US-amerikanischen Atmosphärenphysiker Richard S. Lindzen. Sie wurde ursprünglich in seinem vielzitierten Fachartikel „Some Coolness Concerning Global Warming“ veröffentlicht, der im März 1990 im Bulletin of the American Meteorological Society erschien.
Da die Grafik das Zusammenspiel von Strahlung und Konvektion sehr anschaulich auf den Punkt bringt, wurde sie in der Folgezeit sowohl in der regulären Klimawissenschaft (etwa in Fachblogs wie and Then There’s Physics) als auch von Lindzen selbst in späteren Publikationen (wie seinem Beitrag Global Warming Narrative) immer wieder aufgegriffen.
KI flüsterte mit zu:
„Ein schönes Zitat von Lindzen, Herr Krüger – allerdings zeigt diese Grafik nur den ersten isolierten Schritt bei konstanter Sonneneinstrahlung (Albedo).
Sobald thermodynamische Folgeeffekte – etwa mehr helle, tiefhängende Wolken durch verstärkte Verdunstung – die Einstrahlung auch nur um 1 % stärker reflektieren (~3,4 W/m²), ist der gesamte Strahlungsantrieb einer CO₂-Verdopplung schon kompensiert oder überkompensiert.
Genau über diese dämpfenden Rückkopplungen schrieb Lindzen ja in genau jenem Aufsatz von 1990 („Some Coolness Concerning Global Warming“)“.
Oder?
Herr Ott,
Sie argumentieren gegen die Vorstellung, Gegenstrahlung sei eine eigenständige Energiequelle und bestehe aus der unmittelbaren Wiederabstrahlung zuvor absorbierter Oberflächenstrahlung. Die atmosphärische Gegenstrahlung in der Troposphäre ist jedoch thermische Emission entsprechend den lokalen Bedingungen. Sie setzt keine unmittelbare Wiederabstrahlung der zuvor absorbierten Energie durch dasselbe CO2- Molekül voraus.
Wer vertritt Ihrer Meinung nach den Denkfehler, gegen den Sie argumentieren? Die Atmosphärenphysik ist es jedenfalls nicht. Sie behandelt Gegenstrahlung als Energiefluss innerhalb des Erdsystems, nicht als zusätzliche Energiequelle. Sie berücksichtigt Absorption, thermische Emission und den Energietransport durch Luftbewegungen.
Damit bleibt die entscheidende Frage: Was hätten Sie widerlegt, selbst wenn Ihre Aussagen zur Konvektion zuträfen? Der Nachweis, dass absorbierte Energie durch Stöße übertragen und durch Konvektion abtransportiert werden kann, widerlegt weder die gleichzeitige thermische Emission noch den atmosphärischen Treibhauseffekt.
Wenn Sie mit „Reemission“ die unmittelbare Wiederabstrahlung eines zuvor absorbierten Photons meinen, treffen Sie damit eine vereinfachte Erklärung, auf die eine Erklärung zum atmosphärischen Treibhauseffekt gar nicht angewiesen ist.
Herr Heß,
Völlig richtig.
Der Punkt ist, dass Herr Ott den Lesern darüber kaum Klarheit verschaffen wird, sondern seinen Irrtum zu kaschieren versuchen wird. Leute wie er verfolgen die „Strategie“ Ihre physikalische „Sollbruchstelle“ zur Wissenschaft in bekannten Tatsachen zu verstecken. Er ist nun verärgert, dass es nicht geklappt hat, seine Falschbehauptung im Wust von unbestrittener Wissenschaft zu verstecken. Für den Fall, dass er ertappt wird, hat er sich nicht vorbereitet und nicht vorgesorgt, den einmal eingeschlagenen Irrweg noch weiter zu kaschieren. Deshalb wird die nun folgende Diskussion entweder nicht stattfinden oder unsachlich.
Das glaube ich bei Herrn Ott nicht. Ich finde seine Argumentation ist sehr ausgereift und transparent. Ich erinnere mich, dass wir in meiner Arbeitsgruppe an der Uni genau über diese Dinge Reemission, Sättigung, Spektoskopie etc. diskutiert haben, weil damals der Treibhauseffekt genau so mit Reemission und Erwärmung der Oberfläche durch Gegenstrahlung publik gemacht wurde. Bücher darüber gab es keine so wie heute, auch nicht in der Physik, so dass man alles selbst überlegt hat. In den klimatologischen Vorlesungen, damals in der Geographie angesiedelt, an meiner Uni wurde das genauso diskutiert. Infrarotstrahlung wird absorbiert und reflektiert. Physik hatten die damals noch nicht mal im Curriculum in der Geographie. Wenn ich gesagt habe, dass das Unsinn ist mit der Reflexion war ich irgendwie suspekt.
Herr Weber wird mit seiner Erfahrung vermutlich noch dazu beitragen, dass es so läuft.
Die Gegenstrahlung reduziert nach Ihren eigenen Angaben die Abstrahlung der Erdoberfläche von 390W/m^2 auf 70W/m^2 und Sie behaupten weiterhin,. das habe keine Auswirkung auf die Temperatur der Oberfläche?
Würden Sie das Gleichnis auch durch ein Gleichnis aus dem Finanzwesen ersetzen? Ich würde gerne eine Kreditkarte haben, die mir für jeden mit der Karte ausgegebenen Euro 82 Cent erstattet. Dürfte nach Ihrer Argumentation kein Problem sein und ich würde mich über den Zuwachs auf meinem Konto freuen (das analog zur inneren Energie und damit der Temperatur der Oberfläche ansteigen wird).
Herr Weber ist im Endeffekt auch bei 240 W/m2 Ausstrahlung angekommen. Der Erdboden strahlt aber mit 390 W/m2 ab. Was verursacht die Differenz. Wenn das ein Nullnummernspiel ist? Ist schon unglaublich.
Habe ich Ihnen bereits gezeigt. Was Sie hier abliefern ist abenteuerlich.
Herr Schmidt,
die Abstrahlung der Erdoberfläche von 390 W/qm
(Kuck)
Weder die Tagseite noch die Nachtseite kennt den Wert 390 W/qm.
K-T-Bilanz:
390 W/qm (X) = 235 W/qm (ET) + 155 W/qm (G, notwendig)
Tagseite:
470 W/qm (ET) =
416,6 W/qm (XT) + 53,3 (QT) + 0 W/qm (GT, weil nicht notwendig)
Nachtseite:
310 W/qm (GN, notwendig (Wolken), denn 155 W/qm wäre zu wenig) =
363,3 W/qm (XN) – 53,3 W/qm (QN)
Wenn Sie die Bilanzen (K-T und Tagseite) vergleichen, fällt direkt auf, dass
auf der Tagseite keine Gegenstrahlung notwendig ist, wenn die Differenz der Temperaturwerte der Tagseite und die Nachtseite (293 K und 283 K) möglichst klein ausfallen soll.
Falls das der Letze Beitrag der Serie sein sollte, fasse ich mal zusammen.
Die Atmosphärenphysik der letzten 50 Jahre seit Manabe mit Strahlungs-Konvektions-Gleichgewicht und Erklärung der Abstrahlungshöhe wird völlig ausgeblendet und sich an uralten Vorstellungen und Fehlinterpretationen abgearbeitet.
@ Dr. Markus Ott
Lieber Markus, einen herzlichen Glückwunsch zu Deiner gelungenen und gut verständlichen Artikelserie. Du bist sehr tief in die Materie eingetaucht und es ist befremdlich, dass die THE-Bodyguards immer noch mit ihren vereinfachten Kinderbuch-Argumenten herummeckern und, im Gegensatz zu Deiner Widerlegung, kein plausibles THE-Gebäude auf der Grundlage gesicherter physikalischer Fakten vorlegen können. Ich habe dazu mal die GOOGLE-KI gequält, mein Zwischenstatement lautete:
Es ist höchst unüblich, dass ein bekannter physikalischer Effekt in nur einem physikalischen Lehrbuch umfassend beschrieben wird. Antwort der KI:
Es gibt für die THE-Legende also keine zusammenfassende Darstellung, wie Du sie hier mit Deiner THE-Widerlegung vorgelegt hast. Danke dafür und möge Deine Artikelserie/Dein Buch die größtmögliche Verbreitung finden.
Herzliche Grüße – Uli
@Weber
Die Beiträge von Herrn Ott widerlegen ihr Modell der Tagerde mit Pirani-Kurve. Oder etwa nicht?
Schauen Sie sich mal Kapitel 3 Seite 14 und besonders Seite 19ff an, dort beschreibt Ekholm die zwei Theorien; achten Sie mal auf die Temperaturangabe der Erde und besonders auf die solare Einstrahlung und die Oberflächentemperatur. Man beachte es geht dabei um einen hypothetischen Wert, „“the mean temperature of the earth’s surface remains nearly constant during hundreds of years“
Aus irgendeinem Grund wird angenommen das Luft sich durch „dunkle Strahlung“ erwärmt und das CO2 da eine Rolle spielt weil es IR absorbiert. Steile These, würde ich mal sagen.
@ Marcus Portius 14. November 2026 23:34
Danke für den Link auf das Ekholm-Papier.
In der Tat erstaunlich. Auch das PIK konnte auf meine Anfrage nur auf die üblichen Erklärungen verweisen. Herr Ott sagt richtig die Gegenstrahlung ist eine Funktion der Temperatur und Konzentration der Treibhausgase. In bodennähe ist beides am grössten, da hat er völlig recht. Allerdings geht etwa 15% der Sonneneinstrahlung als Wärme direkt in die Atmosphäre. Über den Kontinenten erwärmt die Konvektion nicht unerheblich die Lufttemperatur. Dazu kommt die Verdunstung und später freiwerdende Kondensationswäme. Das macht zusammen schon 70 bis 80% des Wärmezuflusses der Atmosphäre aus. Der Anteil der absorbierten IR Strahlung vom Erdboden aus dürfte kleiner als 15% sein. In der Tat ist das also mehr oder weniger ein Nullsummenspiel. Allerdings bewirkt die Strahlung gegen das Weltall eine Abkühlung der Atmosphäre (durch Treibhausgase).
Herr Weber, auch auf die Gefahr hin, zu irgendwelchen „Bodyguards“ oder sonstigen finsteren Gesellen zugeordnet zu werden, möchte ich doch darauf hinweisen, dass die von Ihnen befragte KI den Treibhauseffekt keineswegs als Legende darstellt, sondern als realen und altbekannten Effekt, dessen Erklärung über verschiedene seriöse Fachbücher verteilt ist:
„Der Treibhauseffekt wird in der Literatur tatsächlich auffällig uneinheitlich behandelt, obwohl der Effekt selbst seit über 150 Jahren bekannt ist. …“
„… Vielmehr teilt sich die Darstellung auf …“
Wie gesagt, wurde längst von Manabe in den 1960gern alles erklärt.
Diehe Syukuro Manabe und Richard Wetherald aus dem Jahr 1967 (Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Given Distribution of Relative Humidity).
Warum in großen Höhen keine Sättigung eintritt
Um die Wärmestrahlung ins Weltall zu berechnen, teilte Manabe die Atmosphäre in viele vertikale Schichten ein, die Strahlung absorbieren und selbst wieder abgeben. Dabei greifen drei physikalische Effekte ineinander:
Abnehmender Druck und Dichte. Nach der barometrischen Höhenformel wird die Luft mit zunehmender Höhe immer dünner. In großen Höhen sind so wenige CO₂-Moleküle vorhanden, dass die Infrarotstrahlung dort nicht mehr vollständig abgefangen wird – es gibt dort keine optische Sättigung.
Verschiebung der effektiven Abstrahlungshöhe. Steigt die CO₂-Konzentration in der gesamten Atmosphäre an, wird die Luft in den mittleren Schichten undurchlässiger für Wärmestrahlung. Die sogenannte effektive Abstrahlungshöhe (die Schicht, aus der die Wärmestrahlung endgültig ins All entweicht) verlagert sich dadurch weiter nach oben.
Kältere Luft strahlt weniger Energie ab. In der Troposphäre sinkt die Temperatur mit der Höhe. Da kältere Luftschichten deutlich weniger Wärmestrahlung abgeben als wärmere, entweicht in größerer Höhe weniger Energie ins All.
Und ich frage mich wieder was Herr Webers Modell mit Tagerde und Pirani-Kurve und die „Nicht-Existenzen“ der Gegenstrahlung damit zu tun haben? Mit der Abstrahlungshöhe? Worauf es ankommt.
„teilte Manabe die Atmosphäre in viele vertikale Schichten ein“
Wenn ich Manabe wäre, dann würde ich es mit vielen horizontalen Schichten versuchen.
Das stimmt. Sie wissen ja wie es gemeint ist.
Ihr Beitrag enthält ettliche begriffliche und physikalische Fehlinterpretationen, da weiß man eigentlich garnicht wo man beginnen soll.
Besonders auffällig sind für mich vier Punkte, die Beschreibung von Manabes Modell, der Begriff der „optischen Sättigung“, die Behauptung einer einzelnen effektiven Abstrahlungshöhe und die pauschale Aussage über die Emission kälterer Luftschichten.
Manabe und Wetherald verwendeten 1967 ein eindimensionales, vertikal aufgelöstes Strahlungs-Konvektions-Modell. Die Atmosphäre wurde dafür im Modell in horizontal ausgedehnte Atmosphärenschichten mit diskrete Höhen- beziehungsweise Druckintervallen unterteilt.
Aber wesentlich bedeutsamer ist etwas ganz anderes, denn die Autoren untersuchten nicht ausschließlich einen radiativen Transport durch unabhängig voneinander emittierende und absorbierende Schichten, sondern ihr Modell verband Strahlungsprozesse mit einer konvektiven Anpassung der vertikalen Temperaturstruktur. Damit wird deutlich, dass Ihre zitierte Beschreibung Manabes Modell falsch wiedergibt.
Ihr Begriff „optische Sättigung“, wird ohne zu definieren, was genau, nach Ihrer Annahme, gesättigt sein soll, verwendet. In der Strahlungstransportphysik ist jedoch die spektrale optische Dicke entscheidend. Eine große optische Dicke bedeutet eine sehr geringe direkte Transmission und daraus entsteht die umgangssprachliche Vorstellung einer „gesättigten“ Absorptionsbande.
Dafür sind aber drei Dinge zu unterscheiden, die starke Absorption im Zentrum einer Spektrallinie, die Absorption in den weniger optisch dichten Linienflanken und die optische Dicke der verbleibenden Atmosphärensäule oberhalb einer bestimmten Höhe.
Ihre Aussage, in großen Höhen seien zu wenige CO₂-Moleküle vorhanden, um IR-Strahlung vollständig abzufangen, ist deshalb in dieser Konsequenz schlicht falsch. Zwar nimmt die Dichte nach oben ab, aber gleichzeitig verändern sich jedoch die Linienprofile durch die abnehmende Druckverbreiterung und selbst in einer dünnen Atmosphäre kann die verbleibende Säule somit in bestimmten Spektralbereichen noch optisch dicht sein.
Eine allgemeine Grenze, oberhalb derer „keine optische Sättigung“ mehr existiert, lässt sich ohne Angabe von Frequenz, Höhe und verbleibender Säulendichte nicht behaupten.
Sie definieren die effektive Abstrahlungshöhe als die Schicht, aus der die Strahlung endgültig ins All entweicht, das ist eine häufig verwendete, anschauliche, aber physikalisch falsche Darstellung.
Für eine Atmosphäre ohne Streuung lässt sich die am oberen Atmosphärenrand beobachtete spektrale Strahldichte schematisch schreiben als:
I_ν^TOA=I_ν^Boden e^(-τ_(ν,s) )+∫_0^(τ_(ν,s)) B_ν [T(t)] e^(-t) dt
Die Formel verwendet eine entlang des Strahlungswegs definierte optische Tiefe (t), gemessen vom oberen Atmosphärenrand und sie zeigt, dass die beobachtete Strahlung aus zwei Anteilen besteht, dem transmittierten Oberflächenbeitrag und den entlang des Weges gewichteten atmosphärischen Emissionsbeiträgen.
Und daraus folgt logischerweise, die ins All austretende Strahlung besitzt keine einzige, für alle Frequenzen gültige Herkunftshöhe und selbst innerhalb der CO₂-Bande unterscheiden sich die Höhenbeiträge schon erheblich.
Der Begriff einer effektiven Abstrahlungshöhe ist eine physikalisch fragwürdige Vereinfachung und er darf vor allem nicht mit einer scharf abgegrenzten physikalischen Emissionsfläche verwechselt werden, so wie Sie es tun.
„Kältere Luft strahlt weniger Energie ab“ – wieder eine stark verkürzende, teils falsche Behauptung von Ihnen.
Unter gleichen spektralen und materiellen Bedingungen nimmt die thermische Emission bei sinkender Temperatur ab, aber für reale Atmosphärenschichten muss berücksichtigt werden, dass CO₂ beispielsweise nur innerhalb seiner molekular möglichen Übergänge absorbieren und emittieren kann. Temperatur und Druck verändern die Zustandsbesetzungen und Linienprofile, aber nicht beliebig die zugrunde liegenden molekularen Übergänge.
Unter lokalem thermodynamischem Gleichgewicht gilt, j_ν=α_ν B_ν (T). Damit ist die lokale Emission nicht allein durch die Temperatur bestimmt, sondern auch durch die spektralen Eigenschaften des Gases und vor allem gilt aber, eine geringere lokale Emission ist nicht automatisch gleichbedeutend mit einer entsprechend geringeren gesamten ausgehenden Strahlungsleistung. Dafür müsste die Strahlungstransportgleichung über die gesamte Atmosphäre gelöst werden. Außerdem kommt ein weiterer Punkt hinzu, den Sie auslassen.die Temperatur nimmt nicht in allen Höhenbereichen kontinuierlich ab. In der Stratosphäre steigt sie über weite Bereiche wieder an und gerade für die CO₂-Bandenmitte kann dies für das beobachtete Spektrum relevant werden.
Was die Originalarbeit von Manabe und Wetherald 1967 tatsächlich gezeigt hat. (Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Given Distribution of Relative Humidity.)
Die Autoren berechneten ein strahlungs-konvektives Gleichgewicht bei vorgegebener relativer Feuchteverteilung und untersuchten, wie sich die Gleichgewichtstemperaturen bei Änderungen der atmosphärischen Zusammensetzung und anderer Randbedingungen verändern.
Sie kamen dabei unter anderem zu einer Erwärmung von ungefähr 2 °C bei CO₂-Verdoppelung in ihrem Modell(man lese und staune!). Jedoch besonders interessant ist, dass sie ausdrücklich die Temperaturabhängigkeit des Wasserdampfgehalts und deren Einfluss auf die effektive Herkunftshöhe der ausgehenden langwelligen Strahlung diskutieren und das ist zweifellos wesentlich differenzierter als die von Ihnen vorgetragene Behauptung.
Deren Arbeit begründet einen physikalischen Mechanismus und quantifiziert ihn unter ihrer klar bestimmten Modellannahme, sie ist aber keineswegs gleichbedeutend mit einer vollständigen Beschreibung sämtlicher atmosphärischer Energieflüsse.
Webers Tagseitenmodell und Manabes Strahlungs-Konvektions-Modell behandeln grundsätzlich unterschiedliche Fragestellungen. Weber versucht, aus der räumlichen Verteilung solarer Einstrahlung und daraus abgeleiteten Strahlungsäquivalenttemperaturen Aussagen über die Oberflächentemperatur zu gewinnen und Manabe untersucht dagegen die vertikale Temperaturstruktur und ihre Veränderung bei veränderten radiativen Eigenschaften der Atmosphäre.
Herr Grun,
Den wichtigsten Unterschied haben Sie freilich übersehen, nicht verstanden, oder im schlimmeren Fall befürworten Sie sogar den Fehler:
Webers Modell widerspricht sich physikalisch in sich (er missachtet z.B. den Energieerhaltungsatz) und idt damit physikslischer Unsinn, während Manabe et al.’s Modell physikalisch konsistent ist.
Damit ist Weber unbrauchbar. Dass Sie die beiden Modell überhaupt durch den Vergleich als „ebenbürtig“ gegenüberstellen, zeigt, dass Sie hier (aus Unwissenheit oder mit Absicht) mit falschen Karten spielen.
@ Heini Blogwart 15. November 2026 10:07
Obwohl Dr. Ott mein hemisphärisches Konvektionsmodell korrekt und allgemeinverständlich beschrieben hat, belästigst Du die EIKE-Leserschaft mit Deinen unbewiesenen Gerüchten.
Ich habe keine Bewertung zu Webers Modell abgegeben, sondern eine behauptet sachliche Analyse dieser Arbeit, von Krüger, einzig anhand der vorgebrachten Begründungen bewertet.
Wenn Sie den Unterschied nicht verstehen wollen, oder mangels Kenntnissen nicht können, dann ist dies Ihr Problem und dann wäre es vielleicht einfach sinnvoll das Gegenseitige Zustimmungs-Ping-Pong mit Krüger et. al einzustellen um sich nicht lächerlich zu machen.
@ T. Grun 15. November 2026 1:28
Gute Analyse – danke für die klare Abgrenzung der Modelle.
Ach so. Ihr Modell ist also auch ein Modell?
Jeder in sich geschlossene analytische Ansatz kann bzw. ist eine Modellkonstruktion. Wo sehen Sie da demnach einen Fehler? Oder verstehen Sie einfach nichts davon, dann wäre es schlicht besser sich nicht zu verlautbaren.
@Grun
Ich zitiere mal aus Manabe 1967.
„Given a vertical distribution of relative humidity, the warmer the atmospheric temperature, the higher the effective source of outgoing radiation.“
Verschiebung durch Wasserdampf (Wasserdampf-Rückkopplung): In der Einführung sowie in Abschnitt 3 (bei der Diskussion von Abbildung 9) erklären die Autoren den Mechanismus. Erwärmt sich die Atmosphäre bei konstanter relativer Luftfeuchtigkeit, steigt ihr absoluter Wasserdampfgehalt automatisch an. Da Wasserdampf ein starkes Treibhausgas ist, wird die Atmosphäre für langwellige Wärmestrahlung optisch dichter. Dadurch verlagert sich die effektive Quelle der ausgehenden Strahlung in höhere und damit kältere Schichten der Troposphäre.
Zusammenfassend bildet die Verschiebung der effektiven Abstrahlungsschicht in größere Höhen bei Manabe & Wetherald (1967) die physikalische Kernbegründung für die positive Wasserdampf-Rückkopplung und die Verdopplung der Klimasensitivität.
Ich finde eine Erklärung mit der Abstrahlungshöhe am anschaulichsten und irgendwie muss man das verständlich erklären.
Es gibt zur Änderung der Abstrahlungshöhe auch viele anschauliche Skizzen, z.B. von Lindzen. Da können Sie sich dann ja weiter abarbeiten.
Wie erwartbar, verstanden haben Sie nicht wirklich. Sie beantworten mit Ihrem Manabe-Zitat leider nirgends meine eigentliche Kritik.
Denn ich habe weder bestritten, dass sich bei veränderten atmosphärischen Bedingungen die effektive Herkunftshöhe der ausgehenden langwelligen Strahlung verändern kann, noch dass die Wasserdampf-Rückkopplung in Strahlungs-Konvektions-Modellen eine wichtige Rolle spielt, meine Einwände betrafen vielmehr die von Ihnen zur Anwendung gebrachten physikalischen Begriffe und die daraus abgeleiteten, fehlerhaften Vereinfachungen.
Eine effektive Strahlungsquelle ist keine eindeutig abgegrenzte Atmosphärenschicht. Die ausgehende Strahlung setzt sich aus frequenzabhängigen Beiträgen unterschiedlicher Höhen zusammen und ebenso ist die optische Dicke eine spektrale und wegintegrale Größe, weshalb die pauschale Behauptung, in großen Höhen gebe es keine „optische Sättigung“, physikalisch einfach falsch bestimmt ist.
Hinzu kommt, dass Ihr neues Zitat die Veränderung des Wasserdampfgehalts bei Erwärmung und vorgegebener relativer Feuchteverteilung behandelt, das ist nicht einfach identisch mit der zuvor von Ihnen beschriebenen unmittelbaren Wirkung einer CO₂-Konzentrationsänderung. Versuchen Sie hier mal ganz nebenher von Ihren Fehldeutungen abzulenken?
Selbstverständlich darf man komplexe Zusammenhänge anschaulich erklären. Aber eine vereinfachte, anschauliche Modellvorstellung darf nicht mit dem vollständigen physikalischen Vorgang verwechselt bzw. als ein solcher restriktiv und unstrittig erklärt werden.
Manabe und Wetherald haben einen strahlungs-konvektiven Modellansatz entwickelt und dessen Ergebnisse untersucht. Daraus zu schlussfolgern, dass jede vereinfachende Beschreibung der Abstrahlungshöhe somit automatisch physikalisch präzise ist, ist vielleicht Ihre Annahme aber keineswegs eine wissenschaftlich begründbare Konsequenz.
Mein Einwand richtet sich überhaupt nicht gegen Manabe, sondern einzig gegen Ihre fehlerhafte Interpretation und die unzureichende Unterscheidung zwischen Modellgröße, physikalischem Mechanismus und insbesondere den Anspruch mit einer fehlerbehafteten didaktischen Vereinfachung die einzig richtige Erklärung angeboten zu haben.
@Grun
Also sind wir uns zumindest darüber einig, dass sich mit Zunahme der THG wie Wasserdampf und CO2 die effektive Abstrahlungshöhe nach oben verschiebt, in kältere Luftschichten und dadurch weniger Wärme ins All abgestrahlt wird. Daraufhin erwärmt sich dann die Luftsäule, bis oben wieder wie zuvor abgestrahlt wird.
Die Anhebung der effektiven Abstrahlungshöhe tritt vor allem an den Flanken der Absorptionsbanden auf, wo die Absorption noch nicht gesättigt ist.
Und bitte nicht wieder bemängeln das das im Prinzip richtig ist, aber nicht exakt fürs Fachpublikum dargestellt ist. Das erwartet hier keiner.
Herr Webers Physik ist Märchenphysik und Herr Ott lässt die letzten 50 Jahre Atmosphärenphysik weg und arbeitet sich an 100 Jahre alter Physik ab.
@Grun
Zum Strahlungstransfer hatte ich 2014 schon einige Artikel bei ScSk veröffentlicht. Auch so, dass es verständlich bleibt.
https://web.archive.org/web/20190822031026/http://www.science-skeptical.de/blog/strahlungstranfer-und-treibhauseffekt-seit-1906-sind-die-physikalischen-grundlagen-gelegt/0013037/
https://web.archive.org/web/20190821161527/http://www.science-skeptical.de/blog/spektroskopie-atmosphaerischer-treibhausgase/0013062/