Klimatologie at RWTH Aachen

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Definieren Sie Ekliptik.

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Definieren Sie das Winter-Solstitium.

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Definieren Sie die Solarkonstante (S0).

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Beschreiben Sie die Tropen.

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Was sind Äquinoktien?

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Definieren Sie Albedo.

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Definieren Sie Extinktion.

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Erläutern Sie das Plancksche Strahlungsgesetz.

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Erläutern Sie das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz.

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Vergleichen Sie die Strahlung von Sonne und Erde.

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Beschreiben Sie das Stefan - Boltzmannsche Gesetz.

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Definieren Sie das Sommer-Solstitium.

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Klimatologie

Definieren Sie Ekliptik.
  • Gedachte Ebene, welche durch Erdbahn und Mittelpunkt der Sonne verläuft
  • Erde ist mit 66,5° gegen die Ekliptikebene geneigt, behält diesen Neigungswinkel während der Revolution

Klimatologie

Definieren Sie das Winter-Solstitium.

Wintersonnenwende (ca. 22. Dezember)

Klimatologie

Definieren Sie die Solarkonstante (S0).
  • Auf 1m^2 bestrahlte Fläche an der oberen Atmosphärengrenze, die senkrecht zur Richtung der Strahlung steht, trifft bei mittlerem Abstand zur Sonne von 1,496·10^8 km eine Wärmeenergie von 1.368 W (=1368 J/s)
  • Also: S0 = 1368 W/m^2 = 1,37 KW/m^2
  • Schwankungen durch Erdrevolution
  • —> Solarkonstante im Perihel: S0 = 1420 W/m^2
  • —> Solarkonstante im Aphel: S0 = 1319 W/m^2

Klimatologie

Beschreiben Sie die Tropen.
  • Erstreckung zwischen beiden Wendekreisen
  • Sonnenstrand: Max. 90° (2x im Jahr), min. 43° zu den Solstitien am Wendekreis
  • Variation der Tageslängen: Max. 3 Stunden
  • Mitteltemperaturen des kältesten Monats im Schnitt nicht unter 18°C
  • Weitere Aufteilung in wendekreisnahe und äquatornahe Zone
  • Tageszeitenklima: Dominanz der Tagesschwankungen gegenüber jährlichen Schwankungen

Klimatologie

Was sind Äquinoktien?

Dauer von Tag und Nacht ist in allen Breiten (Ausnahme des Pols) gleich (ca. 21. März und 23. September)

Klimatologie

Definieren Sie Albedo.

Anteil der reflektierten Strahlung an der Gesamtstrahlung

Klimatologie

Definieren Sie Extinktion.

Schwächung der Strahlung beim Durchgang durch ein Medium (z.B. Atmosphäre) durch Absorption und Streuung

Klimatologie

Erläutern Sie das Plancksche Strahlungsgesetz.
  • Jeder Körper sendet Wärmestrahlung (Energie) aus. Sie ist abhängig von der Temperatur des strahlenden Körpers

Schwarzer Strahler:

  • Körper, der auftreffende elektromagnetische Strahlung vollständig absorbiert
  • Er emittiert bei der jeweiligen Temperatur mit maximal möglicher Strahlungsintensität
  • Idealisierung: kein wirklicher Körper ist tatsächlich ganz schwarz. Ruß ist im sichtbaren Bereich des Spektrums fast ideal schwarz, Schnee im Infrarot-Bereich
  • Im Bereich des mittleren und fernen Infrarot verhalten sich natürliche Landoberflächen angenähert wie schwarze Strahler
  • Planksche Wirkungskonstante: h = 6.626·10^(-34) Js 

—> beschreibt die Emission (Temperaturstrahlung) eines idealen schwarzen Körpers (Strahlungsenergie pro Flächeneinheit und Wellenlänge)

Klimatologie

Erläutern Sie das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz.
  • Zusammenhang zwischen Absorption und Emission eines realen Körpers
  • Absorptions- und Emissionsvermögen entsprechen einander —> alpha(lambda) = epsilon(lambda)
  • Abhängig von Eigenschaften des Körpers: ein Körper, der Strahlung einer bestimmten Wellenlänge nicht absorbiert, kann diese auch nicht selbst ausstrahlen
  • Absorption in Linien, Banden, Bereichen

Klimatologie

Vergleichen Sie die Strahlung von Sonne und Erde.

Sonne:

  • Strahlung schwarzer Körper von knapp 6000 K

Erde:

  • Mittlere Temperatur von ca. 288 K (15°C)

—> Strahlung der Erde viel schwächer
—> Strahlungsmaximum bei größeren Wellen
—> relativ klare Trennung zwischen kurzwelliger Sonnenstrahlung und langwelliger terrestrischer Strahlung

E (Sonne) = Epsilon · Delta · T^4 mit e = 1 = 76,0 MW/m^2
E (Erde) = Epsilon · Delta · T^4 mit e = 1 = 385 W/m^2

—> Sonne etwa 20x so heiß wie Erde, strahlt jedoch auch 197.000x mehr Energie ab

Klimatologie

Beschreiben Sie das Stefan - Boltzmannsche Gesetz.
  • Zusammenhang zwischen abgestrahlter Leistung und Temperatur
  • Abgestrahlte Energie steigt mit steigender Temperatur
  • Gilt nur für schwarze Körper
  • Reale feste und flüssige Substanzen geben nur einen Teil ab
  • —> Emissionsvermögen Epsilon

E = Epsilon · Delta · T^4

—> E = Energiemenge (W · m^(-2)), die pro Einheitsfläche emittiert wird
—> Epsilon = Emissionsvermögen (für ideale Schwarzkörper = 1; für reale Körper <1)
—> Delta = Stefan-Boltzmann-Konstante: 5,67 · 10^(-8) · W · m^(-2) · K^(-4)
—> T = Temperatur (K)

Klimatologie

Definieren Sie das Sommer-Solstitium.

Sommersonnenwende (ca. 21. Juni)

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