Benutzer:Lpd-Lbr/Entwurf-Gegenstrahlung

Die atmosphärische Gegenstrahlung ist die Wärmestrahlung aus der Atmosphäre, die in Richtung der Erde abgestrahlt wird. Die Energie der Gegenstrahlung entweicht also nicht in den Weltraum, sondern verbleibt auf der Erde. Sie ist ein wichtiger Bestandteil der Energiebilanz an der Erdoberfläche und ist maßgeblich am Treibhauseffekt beteiligt. Im idealisierten Treibhausmodell ist sie ein wesentlicher Bestandteil der Berechnung der Erdtemperatur. Sie heißt Gegenstrahlung, da sie dem Netto-Strahlungstransport entgegengesetzt ist und so die Strahlungsverluste der Erdoberfläche verringert.^[1] In der Physik wird die Gegenstrahlung je nach Teilgebiet unterschiedlich behandelt. In der Thermodynamik handelt es sich um einen Term der Strahlungsbilanz zwischen zwei Körpern, untrennbar mit der intensiveren Strahlung in Richtung des Netto-Strahlungstransports verbunden. Quantenmechanisch betrachtet ist sie ein Teil der Strahlung, die Teilchen (in diesem Fall bestimmte Moleküle und Partikel in der Atmosphäre) in alle Richtungen aussenden.

Alle Körper strahlen Wärmestrahlung in alle Richtungen ab, mit einer Intensität die von der Temperatur des Körpers und dem Emissionsgrad der Oberfläche abhängt. Im Temperaturbereich der Erdoberfläche und Atmosphäre ist die Infrarotstrahlung der Hauptbestandteil dieser Wärmestrahlung. Der Großteil der Gase der Atmosphäre ist für Infrarot-Strahlung durchsichtig: Stickstoff und Sauerstoff haben in diesem Bereich einen Emissionsgrad von nahe Null. Treibhausgase und Aerosole hingegen sind in diesem Spektralbereich aktiv, sie können Teile der Infrarotstrahlung abstrahlen und auch absorbieren. Betrachtet man einen gewissen Ausschnitt aus der Atmophäre, also ein zusammenhängendes Volumenelement, dann strahlt es gemäß seiner Gaszusammensetzung und Temperatur Wärmestrahlung ab. Wenn diese Strahlung die Erdoberfläche erreicht, kann sie dort aufgenommen werden und Energie abgeben. Diese Energieübertragung sorgt dafür, dass die Erde wärmer ist, als die ohne Gegenstrahlung wäre.

Die Treibhausgase haben über den Infrarotbereich verteilt Spektralbereiche, in denen sie besonders intensiv Strahlung aufnehmen und abgeben, oder in denen sie durchsichtig sind. Je stärker sie wechselwirken, desto geringer ist in diesem Spektralbereich die optische Dicke - ein Maß dafür, wie weit die Strahlung reicht, bevor sie von anderen Luftteilchen wieder aufgenommen wird. Es gibt auch Bereiche, in denen keines der Treibhausgase absorbiert, das so genannte atmosphärische Fenster. In diesem Bereich kann Wärmestrahlung von der Erdoberfläche bis in den Weltraum entweichen. Die Gegenstrahlung kommt in diesem Fall direkt aus dem Weltraum und überträgt nahezu keine Energie. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, dass die Erdoberfläche nachts auch unter die Temperatur der bodennahen Luft abkühlen kann. Dann kann sich, abhängig von den Wetterverhältnissen, Tau, Reif oder Bodenfrost bilden.

Ausserhalb des atmosphärischen Fensters hängt die Durchlässigkeit der Atmosphäre für Wärmestrahlung von der Menge an Triebhausgasen ab, die sich darin befinden. Je mehr von diesen Gase vorhanden ist, desto intensiver wird die Gegenstrahlung und desto kürzer ist die freie Länge, bis sie wieder absorbiert wird. Dieser Effekt führt im idealisierten Treibhausmodell direkt zu einer Erwärmung der Oberfläche bei Erhöhung der Treibhausgas-Konentration.

1. ↑ R. Geiger, R.H. Aron, P. Todhunter: The Climate Near the Ground. 5th ed., Vieweg, Braunschweig 1995, ISBN 3-528-08948-2, S. 11: „Longwave radiation emitted by the atmosphere G is termed counterradiation (sometimes called longwave irradiance or atmospheric radiation) since it counteracts the terrestrial radiation loss from the surface.“