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Nettostrahlung

Nettostrahlung

Vielleicht hast Du schon einmal etwas vom Treibhauseffekt gehört? Der Treibhauseffekt ist Grund für die Erwärmung der Erdoberfläche und als verstärkter anthropogener Treibhauseffekt Auslöser des globalen Klimawandels. Ursache des Treibhauseffekts ist die sogenannte Globalstrahlung.

Die Globalstrahlung trifft auf die Erde und ist Teil des Strahlungshaushalts der Erde. Sie beeinflusst also die sogenannte Strahlungsbilanz oder Nettostrahlung. Aber was ist die Nettostrahlung einfach erklärt und wie kann man die Strahlungsbilanz berechnen?

Nettostrahlung – Definition

Die Erde und ihre Atmosphäre werden von der Sonne bestrahlt – man nennt diese Strahlung extraterrestrische Strahlung. Der Anteil der extraterrestrischen Strahlung, der auf die Erdoberfläche auftrifft, wird als Globalstrahlung bezeichnet. Diese Globalstrahlung hat damit Einfluss auf die Nettostrahlung der Erde.

Die Nettostrahlung der Erde bezeichnet den Wert der Eigenstrahlung des Erdkörpers.

Diese Nettostrahlung berechnet sich aus der Globalstrahlung, die von der Erdoberfläche absorbiert wird und der Ausstrahlung der Erde von langwelliger Wärmestrahlung.

Strahlungsbilanz

Das Wort Bilanz stammt vom lateinischen Begriff bilanx und bedeutet so viel wie "Ergebnis", "Fazit" oder "Gleichgewicht". Die Strahlungsbilanz der Erde ist also das Gleichgewicht von der Strahlung, die auf die Erde trifft und der Strahlung, die die Erde abgibt.

Die Strahlungsbilanz ist damit einfach ein Synonym zur Nettostrahlung der Erde.

Nettostrahlung einfach erklärt

Bei der Nettostrahlung unterscheidest Du zwischen:

  • kurzwelliger Strahlung
  • langwelliger Strahlung

Um Nettostrahlung zu erklären, schaust Du Dir zuerst einmal die kurzwellige Globalstrahlung an. Ein Teil dieser Globalstrahlung wird von der Erdoberfläche reflektiert. Der andere Teil der Globalstrahlung wird von der Erdoberfläche absorbiert und als absorbierte Globalstrahlung bezeichnet.

Diese absorbierte Globalstrahlung wird von der Erdoberfläche umgewandelt und als langwellige Wärmestrahlung wieder abgegeben. Die Abgabe der Erde von langwelliger Wärmestrahlung ins All wird als Ausstrahlung oder terrestrische Strahlung bezeichnet. Diese Ausstrahlung wird jedoch durch die sogenannte Gegenstrahlung der Atmosphäre verringert.

Die Gegenstrahlung beschreibt langwellige Wärmestrahlung von der Atmosphäre zur Erdoberfläche. Sie entsteht durch die Absorption und Rückstrahlung von Wärmestrahlung durch Gase und Wasserdampf in der Atmosphäre.

Die Ausstrahlung, die trotz der atmosphärischen Gegenstrahlung von der Erde ins All gestrahlt wird, bezeichnet man als effektive Ausstrahlung.

Die Nettostrahlung oder Strahlungsbilanz ergibt sich nun aus der Differenz zwischen der absorbierten Globalstrahlung und der effektiven Ausstrahlung. Je nachdem, ob die absorbierte Globalstrahlung oder die effektive Ausstrahlung größer ist, ist die Nettostrahlung, also die Strahlungswirkung der Erde, positiv oder negativ.

Nettostrahlung – Gleichung

Wie Du jetzt weißt, berechnet sich die Nettostrahlung aus den Werten der absorbierten Globalstrahlung und effektiven Ausstrahlung. Die Gleichung für die Nettostrahlung setzt sich also folgendermaßen zusammen:

R = (QG - aQG) - (AO - AG) oder kurz R = QG (1 - a) - AE

Hierfür gilt:

  • R = Nettostrahlung/Strahlungsbilanz
  • QG = Globalstrahlung
  • aQG = reflektierte Globalstrahlung (hierzu zählt auch von der Atmosphäre absorbierte Strahlung)
  • AO = Ausstrahlung/terrestrische Strahlung
  • AG = atmosphärische Gegenstrahlung
  • AE = effektive Ausstrahlung

Strahlungsbilanz berechnen

Um die Strahlungsbilanz berechnen zu können, brauchst Du also verschiedene Werte. Diese Werte werden meist im globalen Durchschnitt angegeben und ergeben sich aus vielen Messungen. Die aktuell gemessenen Durchschnittswerte (gerundet) und Prozentanteile findest Du in Tabelle 1:

GrößeDurchschnittswertprozentualer Anteil an der Globalstrahlung
Globalstrahlung340 W/m²100 %
reflektierte Globalstrahlung102 W/m²30 %
von der Atmosphäre absorbierte Strahlung 65 W/m²19 %
absorbierte Globalstrahlung173 W/m²51 %
Ausstrahlung/terrestrische Strahlung333 W/m²98 %
von der Atmosphäre absorbierte Ausstrahlung313 W/m²92 %
atmosphärische Gegenstrahlung262 W/m²77 %
effektive Ausstrahlung71 W/m²21 %

Tabelle 1 - Durchschnittswerte Strahlungsbilanz. Quelle: spektrum.de 2

Achtung! Die Zahlen der Tabelle wurden bei der Berechnung mithilfe der Prozentangaben aus Quelle 3 gerundet und stimmen deshalb nicht völlig mit der Quelle überein.

Setzt Du diese Werte nun in die Gleichung für die Berechnung der Nettostrahlung R ein, erhältst Du folgendes Ergebnis:

R = (340 W/m² - (102 W/m² + 65 W/m²)) - (333 W/m² - 262 W/m²)

R = 173 W/m² - 71 W/m²

R = 102 W/m²

Richtest Du Dich also nach den globalen Durchschnittswerten, hat die gesamte Erde eine durchschnittliche Nettostrahlung von rund 102 W/m² und damit eine positive Strahlungsbilanz. Die Atmosphäre hingegen verzeichnet eine negative Strahlungsbilanz.

Dieser Energieüberschuss der Erdoberfläche wird durch Verdunstung und Konvektion an die Atmosphäre abgegeben, wodurch sich die Strahlungsbilanz des Erd-Atmosphäre-Systems bei null stabilisiert.

Die positive Nettostrahlung der Erdoberfläche, ausgenommen der Atmosphäre, wird durch den Treibhauseffekt ausgelöst, also durch die Reflexion langwelliger Wärmestrahlung zurück zur Erde aufgrund von Treibhausgasen und Wasserdampf. Dieser Prozess ist natürlich und hat zur Folge, dass sich die Erde erwärmt und überhaupt Leben auf der Erde entstehen kann.

Werden die Treibhausgase in der Atmosphäre jedoch durch menschlichen Einfluss immer mehr, verstärkt sich dieser natürliche Treibhauseffekt und führt zu einem Ungleichgewicht in der Strahlungsbilanz des Erd-Atmosphäre-Systems. Die Erdoberfläche hat also einen immer größere positive Nettostrahlung und erhitzt sich weiter und weiter. Folge davon ist der aktuelle Klimawandel.

Mehr zum natürlichen Treibhauseffekt und seiner Verstärkung als anthropogenen Treibhauseffekt findest Du in der passenden Erklärung dazu. Auch zum Klimawandel gibt es eine eigene Erklärung, die Dir mehr über die menschlichen Einflüsse auf das Klima verrät.

Nettostrahlung – Geographie

Im globalen Durchschnitt ist die Strahlungsbilanz der Erde inklusive der Atmosphäre also ausgeglichen. Geht man jedoch genauer auf die Geographie der Erde ein, zeigen sich große globale Unterschiede in der Nettostrahlung der Erde.

Nettostrahlung Unterschiede – Erde

Die Unterschiede der Nettostrahlung auf der Erde entstehen durch verschiedene Einflüsse. Die wichtigsten Einflüsse auf die Nettostrahlung der Erde sind:

  • Bewölkung
  • Bodenbeschaffenheit
  • Einfallswinkel der Sonne

Wolken bestehen aus Wasserdampf und sind damit an der Reflexion langwelliger Wärmestrahlung zurück zur Erdoberfläche beteiligt. Es gilt also: Je dichter die Wolken über einem Gebiet, desto stärker die Gegenstrahlung dort. Das ist meist über großen Wasserflächen wie Meeren der Fall, da sich dort grundlegend mehr Wasserdampf in der Luft befindet. Meere verzeichnen also überwiegend eine größere Nettostrahlung als Landflächen.

Dieser Umstand wird zusätzlich durch die kleinere Albedo, also ein kleineres Reflexionsvermögen für Strahlung, von Wasserflächen verstärkt. Meere absorbieren mehr Globalstrahlung, während Landflächen größtenteils mehr Globalstrahlung reflektieren. So ist die Nettostrahlung an Wasserflächen nochmals größer.

Mehr Informationen zur Albedo findest Du in der gleichnamigen Erklärung dazu.

Der größte Einfluss auf die globalen Unterschiede der Nettostrahlung ist der sich unterscheidende und verändernde Einfallswinkel der Sonne. Da dieser an den Polen der Erde grundsätzlich flacher ist als am Äquator, trifft in Äquatornähe weitaus mehr Globalstrahlung auf eine Fläche, als in Polnähe.

Grund für den unterschiedlichen Einfall der Sonne ist die Neigung der Erde. Mehr erfährst Du in der Erklärung dazu.

Die jährliche Nettostrahlung ist deshalb in niedrigeren Breiten durchschnittlich positiv, in höheren Breiten im Durchschnitt negativ. Der Wechsel von positiver zu negativer Nettostrahlung befindet sich dabei bei circa 35-40° Nord und Süd.4

Neben dem Unterschied in der Nettostrahlung zwischen hohen und niedrigen Breiten entstehen auch tägliche und jährliche Schwankungen der Nettostrahlung an einem Ort. Da die Sonne nachts nicht auf die Erdoberfläche trifft, kommt zu dieser Zeit auch kaum Globalstrahlung an der Erdoberfläche an, wodurch die Strahlungsbilanz nachts geringer, meist negativ ist.

Nettostrahlung – Lufttemperatur

An den meisten Orten der Erde ändert sich der Einfallswinkel der Sonne zudem innerhalb eines Jahres, wodurch sich auch die Globalstrahlung verändert.

Ist der Einfallswinkel steil, also im Sommer, trifft mehr Globalstrahlung auf die Erdoberfläche und die Nettostrahlung steigt. Diese positive Strahlungsbilanz sorgt so meistens für eine Erwärmung der Lufttemperatur.

Ist der Einfallswinkel im Winter flach, verringert sich die Globalstrahlung und die Nettostrahlung nimmt ab und fällt größtenteils in negative Bereiche. Die jetzt negative Strahlungsbilanz sorgt oft für eine Abkühlung der Lufttemperatur.

Nettostrahlung – Das Wichtigste

  • Nettostrahlung Definition: Die Nettostrahlung der Erde bezeichnet den Wert der Eigenstrahlung des Erdkörpers.
  • Nettostrahlung einfach erklärt: Die Nettostrahlung berechnet sich aus der Globalstrahlung, die von der Erdoberfläche absorbiert wird und der Ausstrahlung der Erde von langwelliger Wärmestrahlung.
  • Nettostrahlung Gleichung: R = (QG - aQG) - (AO - AG)
    • oder kurz R = QG (1 - a) - AE
  • Nettostrahlung Unterschiede Erde: Im globalen Durchschnitt ist die Nettostrahlung der Erde inklusive der Atmosphäre ausgeglichen. Im Detail zeigen sich jedoch große globale Unterschiede.
  • Die Unterschiede der Nettostrahlung auf der Erde entstehen durch verschiedene Einflüsse:
    • Bewölkung
    • Bodenbeschaffenheit
    • Einfallswinkel der Sonne

Nachweise

  1. wetter.de: Wetterlexikon: Nettostrahlung. (06.12.2022)
  2. spektrum.de: Strahlungsbilanz. (06.12.2022)
  3. spektrum.de: terrestrische Strahlung. (06.12.2022)
  4. wetterdienst.de: Der Strahlungshaushalt der Erde. (09.12.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Nettostrahlung

Die Nettostrahlung der Erde bezeichnet den Wert der Eigenstrahlung des Erdkörpers. Sie 

berechnet sich aus der Globalstrahlung, die von der Erdoberfläche absorbiert wird und der Ausstrahlung der Erde von langwelliger Wärmestrahlung.

Die Strahlungsbilanz der Erde ist das Gleichgewicht von der Strahlung, die auf die Erde trifft und der Strahlung, die die Erde abgibt. Die Strahlungsbilanz ist damit einfach ein Synonym zur Nettostrahlung der Erde.

Wolken bestehen aus Wasserdampf und sind damit an der Reflexion langwelliger Wärmestrahlung zurück zur Erdoberfläche beteiligt. Es gilt also: Je dichter die Wolken über einem Gebiet, desto stärker die Gegenstrahlung dort. 

Jedoch reflektieren Wolken auch Strahlung der Sonne, bevor sie auf die Erde trifft, wodurch sie die Globalstrahlung verringern können.

Langwellige Strahlen sind Wärmestrahlen, die von der Erde abgegeben werden.

Finales Nettostrahlung Quiz

Frage

Die Erde und ihre Atmosphäre werden von der Sonne bestrahlt – man nennt diese Strahlung ___ ____.

Antwort anzeigen

Antwort

extraterrestrische Strahlung

Frage anzeigen

Frage

Der Anteil der extraterrestrischen Strahlung, der auf die Erdoberfläche auftrifft, wird als ___ bezeichnet.

Antwort anzeigen

Antwort

Globalstrahlung

Frage anzeigen

Frage

Definiere knapp den Begriff Nettostrahlung.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Nettostrahlung der Erde bezeichnet den Wert der Eigenstrahlung des Erdkörpers.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre kurz, was die absorbierte Globalstrahlung bezeichnet.

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Teil der Globalstrahlung wird von der Erdoberfläche reflektiert. Der andere Teil der Globalstrahlung wird von der Erdoberfläche absorbiert und als absorbierte Globalstrahlung bezeichnet.

Frage anzeigen

Frage

Die Abgabe der Erde von ___ Wärmestrahlung ins All wird als ___ oder ___ ___ bezeichnet.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Abgabe der Erde von langwelliger Wärmestrahlung ins All wird als Ausstrahlung oder terrestrische Strahlung bezeichnet.

Frage anzeigen

Frage

Wodurch wird die terrestrische Strahlung verringert?

Antwort anzeigen

Antwort

durch die Gegenstrahlung

Frage anzeigen

Frage

Die ___ beschreibt langwellige Wärmestrahlung von der Atmosphäre zur Erdoberfläche. 

Antwort anzeigen

Antwort

Gegenstrahlung

Frage anzeigen

Frage

Was bezeichnet die effektive Ausstrahlung?

Antwort anzeigen

Antwort

die terrestrische Strahlung, die trotz der atmosphärischen Gegenstrahlung von der Erde ins All gestrahlt wird

Frage anzeigen

Frage

Die Nettostrahlung ergibt sich aus der Differenz zwischen der ___ ___ und der ___ ___. 

Antwort anzeigen

Antwort

  • absorbierten Globalstrahlung
  • effektiven Ausstrahlung

Frage anzeigen

Frage

Wahr oder falsch: Die Nettostrahlung der Erde ist immer positiv.

Antwort anzeigen

Antwort

falsch

Frage anzeigen

Frage

Welche Gleichung berechnet die Nettostrahlung R? 

Antwort anzeigen

Antwort

R = (Q- aQG) - (AO - AG)

Frage anzeigen

Frage

Die durchschnittliche Globalstrahlung beträgt...?

Antwort anzeigen

Antwort

340 W/m²

Frage anzeigen

Frage

Richtet man sich nach den globalen Durchschnittswerten, hat die gesamte Erde eine ___ Strahlungsbilanz. Die Atmosphäre hingegen verzeichnet eine ___ Strahlungsbilanz.


Antwort anzeigen

Antwort

Richtet man sich nach den globalen Durchschnittswerten, hat die gesamte Erde eine positive Strahlungsbilanz. Die Atmosphäre hingegen verzeichnet eine negative Strahlungsbilanz.


Frage anzeigen

Frage

Der Energieüberschuss der Erdoberfläche wird durch ___ und ___ an die Atmosphäre abgegeben

Antwort anzeigen

Antwort

  • Verdunstung
  • Konvektion

Frage anzeigen

Frage

Die Unterschiede der Nettostrahlung auf der Erde entstehen durch verschiedene Einflüsse. Nenne mindestens zwei der drei wichtigsten.

Antwort anzeigen

Antwort

mögliche Antworten:

  • Bewölkung
  • Bodenbeschaffenheit
  • Einfallswinkel der Sonne

Frage anzeigen

Frage

Wahr oder falsch: Je dichter die Wolken über einem Gebiet, desto stärker die Gegenstrahlung dort.

Antwort anzeigen

Antwort

wahr

Frage anzeigen

Frage

Die jährliche Nettostrahlung ist in niedrigeren Breiten durchschnittlich ___, in höheren Breiten im Durchschnitt ___. 

Antwort anzeigen

Antwort

Die jährliche Nettostrahlung ist in niedrigeren Breiten durchschnittlich positiv, in höheren Breiten im Durchschnitt negativ. 

Frage anzeigen

Frage

Wie beeinflusst der Einfallswinkel der Sonne die Nettostrahlung der Erde an einem Ort?

Antwort anzeigen

Antwort

Ist der Einfallswinkel steil, trifft mehr Globalstrahlung auf die Erdoberfläche und die Nettostrahlung steigt.

Ist der Einfallswinkel flach, verringert sich die Globalstrahlung und die Nettostrahlung nimmt ab.

Frage anzeigen

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