Klimaneutralität 2040 - Teil 1 (Volker Wulfmeyer)

Sie an den Klimawandel?“ Diese Frage ist falsch gestellt, denn der Klimawandel ist
keine Frage des Glaubens, sondern des Wissens. Grundlage für die Berechnung des
atmosphärischen Treibhauseffektes sind die Maxwell-Gleichungen und das Planck-
sche Strahlungsgesetz. Diese Beziehungen und deren Auswirkungen sind seit über
100 Jahren bekannt. Dazu zeigen wir in Abb. 1 ein simples Klimamodell der Erde,
das die entscheidenden Effekte auf einfache, aber korrekte Weise wiedergibt.
Links in Abb. 1 wird die Strahlungsflussdichte der Sonne gezeigt (gelbe
Pfeile). Sie wird gemittelt über ein Jahr auf der Höhe der Erdbahn um die Sonne
und oft als Solarkonstante S bezeichnet. Sie beträgt nach neuesten Satelliten-
messungen S = 1361 W/m2. Weil der bestrahlte Querschnitt der Erde nur ein
Viertel ihrer Oberfläche ist, werden davon nur S/4 über die Oberfläche der Erde
wirksam. Davon wird der Anteil a in das Weltall zurückgestreut. Dieser Anteil a
wird als Albedo der Erde bezeichnet.

S/4 a S/4
Atmo-
(1-e)oTb4
! 1
sphäre
Erdober-
eüTa4
fläche
solar
terrestrisch

Abb. 1: Einfaches Klimamodell zur Quantifizierung des atmosphärischen Treibhauseffekts.

Die Erde selbst emittiert entsprechend ihrer Landoberflächentemperatur
Tb Strahlung (terrestrische Strahlung, rote Pfeile) nach dem Stefan-Boltzmann-
Gesetz oT4 mit der Konstanten o = 5,67 • 10“8 W/ m2 / K4. Die Atmosphäre ist mit
einer blauen Schicht dargestellt, die wesentlich weniger Einfluss auf die Einstrah-
lung der Sonne, aber einen weit deutlicheren auf die terrestrische Ausstrahlung
hat. Dieser Einfluss wird durch die Emissivität £ ausgedrückt. Nun können zwei
Fälle unterschieden werden:
1) Die Erde hat keine Atmosphäre: Dann ist £ = 0. Es ergibt sich als Strahlungs-
gleichgewicht:
C1 “ = °Tb
4

(1 - a)|-
4o

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