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Treibhaustheorie - Seite 2
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TomS
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Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 05. Jul 2019 07:01    Titel: Antworten mit Zitat

@Myon: Ist in dem Buch eine vernünftige und übersichtliche Darstellung der Energieflüsse und der Energiebilanz enthalten? Das vermisse ich; was ich bisher gesehen habe, ist zu stark vereinfachend, irreführend oder gar falsch.

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
TomS
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Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 05. Jul 2019 11:39    Titel: Antworten mit Zitat

@ DrStupid, danke für deinen Ansatz.

Einige Kommentare bzw. Fragen.

DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Im stationären Zustand gilt an der Erdoberfläche



mit

Temperatur der Oberfläche
Heizleistung (durch die Sonne)
Intensität der Gegenstrahlung an der Oberfläche

Zunächst mal triffst du hier die Annahme, dass Energieaustausch ausschließlich über Strahlung erfolgt; das müsste später noch erweitert werden.

Die Abstrahlung der Oberfläche kann evtl. besser durch einen grauen Strahler beschrieben werden, d.h. zunächst



Dabei und im folgenden wird implizit angenommen, dass für die Gegenstrahlung keine Reflexion sondern hundert Prozent Absorption erfolgt; das verträgt sich nicht mit der Annahme eines grauen Strahlers.

Für die Heizleistung durch die Sonne muss man weitere Effekte betrachten. M.E. gilt



Dabei wird der Transmissionskoeffizient der Atmosphäre sowie der Absorptionskoeffizient der Erdoberfläche angesetzt; P_S ist die Gesamtstrahlungsleistung der Sonne oberhalb der Atmosphäre.

Soweit OK?

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Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 05. Jul 2019 13:36    Titel: Antworten mit Zitat

@TomS: Ich glaube, in dem Buch ist auch nicht, was Du suchst... 3 Diagramme hab ich Dir per pm gesandt, aber die unterscheiden sich m.E. nicht grundlegend von Diagrammen auf Wikipedia etc.

In diesem pdf:

http://www.physik.uni-regensburg.de/forschung/gebhardt/gebhardt_files/skripten/Strahlungsbilanz.Wolf.pdf

findet man eine sicher extrem vereinfachte Berechnung der Oberflächentemperatur aus den Strahlungsbilanzen von Oberfläche und Erde insgesamt (bei einer Gleichung müsste statt stehen).
Duke711



Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434

Beitrag Duke711 Verfasst am: 05. Jul 2019 14:51    Titel: Antworten mit Zitat

In den Skript von der Uni Regensburg ist die Strahlungsbilanz auch vereinfacht richtig dargestellt.

Denn mehr als die Solarkonstante - Reflektion kann die Erde nicht abstrahlen, ansonsten würde diese rapide abkühlen. Da die Erde zunehmend (schleichend) wärmer wird, muss diese Bilanz auch wieder erfüllt werden = 239 W/m². Ansonsten wäre die Erde ein Ofen dem permanent überschüssige Wärme zugeführt wird, das ist aber eindeutig nicht der Fall.

Die 331 oder 368 W /m² aus vielen Grafiken sind für Klimakritiker gerade zu ein gefundenes Fressen.

Die Erde erwärmt sich nach dem plancksche Strahlungsgesetz deshalb, weil sich der Emissionfaktor (als arithmetisches Mittel) in Abhängigkeit des Konzentrationsanteil der Treibhausgase ändert. Bei konstanter Wärmezufuhr bedeutes dies eine Zunahme von T1.

Mehr steckt nicht dahinter.

Nachtrag:

Wenn wir leistungsfähige Rechner hätten dann könnte man das per CFD mit einer erschreckenden Genauigkeit berechnen und man müsste sich nicht auf Klimamodelle beschränken die übrigens nichts anderes als vereinfachte CFD Modelle sind die pro Zelle mit Ranbedingungen gefüttert werden, was sehr poblematisch ist.
Mal davon abgesehen dass die Netzauflösung gerage mal bei ~ 50 km liegt. Viel zu grob.
Aber man sich das auch alles schenken, wozu gibt es die Venus, bestes Vorbild.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 05. Jul 2019 19:50    Titel: Antworten mit Zitat

Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Wieso machst Du das nicht numerrisch?


Weil ich das hier schlecht vorführen kann. TomS will eine Rechnung und nicht einfach ein Ergebnis das ich mir ebenso gut auch ausdenken könnte. Ich muss also zumindest die Gleichungen herleiten, die der numerischen Rechnung zugrunde liegen, damit jeder weiß, was da warum berechnet wird und wie man es nachrechnen kann.

TomS hat Folgendes geschrieben:
Zunächst mal triffst du hier die Annahme, dass Energieaustausch ausschließlich über Strahlung erfolgt; das müsste später noch erweitert werden.


Ich habe ganz bewusst alles weggelassen was nicht direkt mit dem Thema dieser Diskussion (die Rolle der Rückstrahlung beim Treibhauseffekt) zu tun hat. Es ist auch so schon schlimm genug.

TomS hat Folgendes geschrieben:
Die Abstrahlung der Oberfläche kann evtl. besser durch einen grauen Strahler beschrieben werden


Kann man machen, muss man aber nicht. Nach der von "Myon" zitierten Quelle liegt die Emission der Erdoberfläche bei 95 %. Der Fehler den ich mache, wenn ich sie als schwarzen Strahler betrachte, ist sicher klein gegenüber dem Gesamtfehler des stark vereinfachten Modells. Aber wenn Du unbedingt willst, dann kannst Du gern einen grauen Strahler daraus machen.

TomS hat Folgendes geschrieben:
Für die Heizleistung durch die Sonne muss man weitere Effekte betrachten. M.E. gilt



Dafür habe ich die Heizleistung eingeführt. Setze einfach:

TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 05. Jul 2019 19:55    Titel: Antworten mit Zitat

Da stimmen wir absolut überein.
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DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 05. Jul 2019 20:02    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe jetzt ein anderes Modell entwickelt, das zwar noch weiter von der Realität entfernt ist, aber dafür explizit berechnet werden kann. Anstelle der adiabatischen Schichtung gehe ich diesmal von einem vollständig strahlungsdominierten Temperaturprofil aus. Um das lösen zu können, presse ich die Atmosphäre zunächst zu einer dünnen Schicht zusammen, die keinen Kontakt zur Erdoberfläche hat (welche ich wieder als schwarzen Strahler betrachte). Für die Strahlungsbilanzen der Erdoberfläche und der Atmosphärenschicht gilt dann




mit

Heizleistung durch die Sonne
Intensität der Emission von der Oberfläche
Intensität der Emission aus der Atmosphärenschicht (nach oben und unten)
Absorptionskoeffizient der Atmosphärenschicht (für eine einzelne Schicht)

Die Lösung dieses Gleichungssystems liefert die Intensitäten





und die Temperaturen





Um mich einer realen Atmosphäre anzunähern zerlege ich sie in meinem Modell schrittweise in beliebig viele Schichten, die jeweils die gleiche Stoffmenge enthalten. Dabei muss ich gleiche Absorptionseigenschaften für die komplette Atmosphäre sicherstellen. Das geht über das Lambert-Beersche Gesetz. Danach gilt für den Absorptionskoeffizienten einer Schicht in einem Paket aus n Schichten mit jeweils gleicher Stoffmenge



mit

molarer Extinktionskoeffizient
Flächenkonzentration der gesamten Atmosphäre (Stoffmenge pro Fläche)
Anzahl der Schichten

Das führt zum linearen Gleichungssystem für die Emissionen von der Erdoberfläche und aus den einzelnen Schichten:





mit

Intensität der Emission aus der Schicht i
Intensität der Emission aus der Schicht j
Temperatur der Schicht i

Als ich das ausprobiert habe ist mir aufgefallen, dass die Emission der Erdoberfläche mit steigender Zahl der Schichten gegen



konvergiert. Das lässt hoffen, dass man das Ganze auch über ein Integral lösen kann. Falls der Grenzwert stimmen sollte, dann gilt für die Gegenstrahlung



Ich kann sogar berechnen, aus welcher Schichte welche Leistung bis zum Boden bzw. bis ins All gestrahlt wird. Dabei zeigt sich, dass die Gegenstrahlung hauptsächlich aus den unteren Atmosphärenschichten stammt und die Abstrahlung ins all hauptsächlich aus den oberen. Das sieht dann z.B. so aus:



radiation.gif
 Beschreibung:
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radiation.gif


DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 06. Jul 2019 23:06    Titel: Antworten mit Zitat

Ich glaube ich habe einen Weg gefunden, das Ganze ohne diskrete Schichten durch Integration zu lösen:

Im stationären Zustand muss der Wärmefluss an jedem Punkt der Atmosphäre gleich der Heizleistung P sein. Dieser Wärmefluss ist gleich der Differenz aus der Leistung U der nach oben gerichteten Strahlung und der Leistung D der Gegenstrahlung. Das heißt



Daraus folgt schon mal



Für den Strahlungstransport in einem grauen Strahler gilt zudem




Das umgekehrte Vorzeichen für die Gegenstrahlung resultiert aus der Tatsache, dass die Integration in Fortpflanzungsrichtung der Strahlung erfolgt – also von oben nach unten. Um mir die Sache zu vereinfachen, substituiere ich den Weg durch eine dimensionslose Variable x, die proportional zur durchquerten Stoffmenge ist und von 0 (Edboden) bis 1 (vollständige Durchquerung der Atmosphäre läuft). Auf diese Weise muss ich mich nicht mit ortsabhängigen Absorptionskoeffizienten herumschlagen.

Alles zusammen ergibt



und somit



Am unteren Rand der Atmosphäre ist die aufwärts gerichteten Strahlung identisch mit der Emission des Erdbodens:



Für die Gegenstrahlung folgt analog



und somit



Außerdem kann ich noch das Temperaturprofil der Atmosphäre berechnen:



Weil der Temperaturgradient in einer strahlungsdominierten Atmosphäre selbst von der Strahlung abhängt, hätte ich mir die Rechnung viel schlimmer vorgestellt. Dass sie am Ende sogar einfacher wird als bei der adiabatischen Schichtung, überrascht mich einigermaßen.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 07. Jul 2019 12:15    Titel: Antworten mit Zitat

Ich sehe gerade, dass ich vergessen habe, eine wichtige Variable zu definieren:

TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 07. Jul 2019 12:49    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für deine Berechnungen.

Ich habe - hoffentlich - heute Abend Zeit, ein etwas allgemeineres Schema zu beschreiben, wie man eine größere Klasse derartiger Modelle konstruieren kann.

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Duke711



Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434

Beitrag Duke711 Verfasst am: 07. Jul 2019 16:40    Titel: Antworten mit Zitat

So habe mir mal die Zeit genommen Deine DGL anzuschauen:

DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Stattdessen gehe ich von einer adiabatischen Schichtung aus, was zumindest in der Troposphäre halbwegs realistisch ist (und da spielt sich der Treibhauseffekt hauptsächlich ab).


Das ist falsch. Hier zu mal die co2 atmospheric vertical profiles anschauen:

https://www.atmos-chem-phys.net/11/2455/2011/acp-11-2455-2011.pdf

Das geht über 70 hpa hinaus was 30 km und mehr entsprechen.


DrStupid hat Folgendes geschrieben:



Diese Gleichung kann aber nur bis < 10 km angewandt werden. Darüber hinaus sind die Fehler viel zu groß. Bei 28 km geht die Gleichung gegen Null.

DrStupid hat Folgendes geschrieben:


Diese Gleichung kann nur bis < 5 km angewandt werden.
Somit kann man zwar gerne analytisch vorgehen nur liefert dieses zu stark vereinfachte Modell nur Phantasiewerte was in keinster Weise die Strahlungsbilanz aufschlüsseln kann, weder noch zur Erkenntnis der physikalischen Zusammenhänge beiträgt.

Es gibt im übrigen auch keinen ernst zunehmenden analytischen Ansatz. Das gesuchte Gleichungssystem besteht aus PDGLs und von daher hat man schon von Beginn an numerrisch gerechnet. Eure Mühe in allen Ehren aber ergebnislos.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 07. Jul 2019 17:29    Titel: Antworten mit Zitat

Zumindest mir geht es nicht warum, eine analytische und zugleich vernünftige Lösung zu erzielen - dass das nicht klappt ist sonnenklar - sondern zunächst mal das Aufstellen der Modelle besser zu verstehen.
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Map13
Gast





Beitrag Map13 Verfasst am: 07. Jul 2019 17:29    Titel: Antworten mit Zitat

Heißt das, dass es gar kein physikalisches Modell gibt, was den globalen Treibhauseffekt erklären kann ?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 07. Jul 2019 17:35    Titel: Antworten mit Zitat

Map13 hat Folgendes geschrieben:
Heißt das, dass es gar kein physikalisches Modell gibt, was den globalen Treibhauseffekt erklären kann ?

Nein, überhaupt nicht.

Es bedeutet lediglich, dass unsere einfachen Modelle hier bei weitem nicht ausreichen, d.h. dass die Modelle deutlich komplizierter zu konstruieren, zu verstehen und zu lösen sind; letztere funktioniert nur numerisch und mit sehr hohem Rechenaufwand.

Siehe z.B.

https://www.mpimet.mpg.de/kommunikation/aktuelles/im-fokus/neue-klimasimulationen/

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MP15
Gast





Beitrag MP15 Verfasst am: 07. Jul 2019 18:41    Titel: Antworten mit Zitat

Ok dann ist das Modell Sonne Erde Weltraum sehr komplex. Die Grundfrage ist ja aber viel simpler. Gibt es ein Möglichkeit zu beweisen, dass Infrarotstrahlung aus einem kälteren Gasgemisch ein wärmeren Körper weiter erhitzen kann?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 07. Jul 2019 19:45    Titel: Antworten mit Zitat

MP15 hat Folgendes geschrieben:
Die Grundfrage ist ja aber viel simpler. Gibt es ein Möglichkeit zu beweisen, dass Infrarotstrahlung aus einem kälteren Gasgemisch ein wärmeren Körper weiter erhitzen kann?

So einfach ist das eben nicht. Z.B. ist überhaupt nicht klar, dass die Annahme, die Atmosphäre sei kälter als die Erde, sinnvoll ist. Für große Höhen trifft das zu, für geringe Höhen nicht unbedingt.

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Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 07. Jul 2019 20:23    Titel: Antworten mit Zitat

MP15 hat Folgendes geschrieben:
Gibt es ein Möglichkeit zu beweisen, dass Infrarotstrahlung aus einem kälteren Gasgemisch ein wärmeren Körper weiter erhitzen kann?

Du vernachlässigst wie bisher immer in Deinen Überlegungen, dass es neben den beiden Strahlung absorbierenden und emittierenden „Körpern“ Erd(oberfläche) und Atmosphäre noch die eigentliche Energiequelle gibt, die Sonne. Ohne diese Strahlungsquelle würden Erdoberfläche wie Atmosphäre beide abkühlen.

Die Erdoberfläche wird auch nicht immer weiter erhitzt durch die Atmosphäre, aber es stellt sich im Gleichgewicht eine höhere Temperatur ein.

Und Du hast noch immer nicht die Frage beantwortet, ob Du bezweifelst, dass die Temperatur der Erdoberfläche durch die Anwesenheit der Atmosphäre erhöht ist im Vergleich zum Fall, wo diese fehlen würde. Dann müsstest Du aber eine andere Erklärung dafür finden, weshalb die Oberflächentemperatur höher ist, als sie sich durch eine einfache Rechnung mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz im Fall ohne Atmosphäre ergibt. Ebenso müsstest Du die noch viel grössere Diskrepanz im Fall der Venus erklären können, wenn diese nicht auf die Rückstrahlung der Atmosphäre zurückzuführen sein soll.


Zuletzt bearbeitet von Myon am 07. Jul 2019 20:32, insgesamt einmal bearbeitet
Duke711



Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434

Beitrag Duke711 Verfasst am: 07. Jul 2019 20:28    Titel: Antworten mit Zitat

Vor allem was möchtest Du nun nachweisen, den Treibhauseffekt ansich?

Da würde ein Versuchsaufbau wie folgt ausschauen:

https://teaching.astro.uni-koeln.de/sites/default/files/praktikum_b/Anleitung_1.1.pdf
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 07. Jul 2019 20:59    Titel: Antworten mit Zitat

Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Das ist falsch. Hier zu mal die co2 atmospheric vertical profiles anschauen:

https://www.atmos-chem-phys.net/11/2455/2011/acp-11-2455-2011.pdf

Das geht über 70 hpa hinaus was 30 km und mehr entsprechen.


Geht es auch etwas ausführlicher? Wie folgt daraus, dass sich der Treibhauseffekt nicht hauptsächlich in der Troposphäre abspielt?


Duke711 hat Folgendes geschrieben:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:



Diese Gleichung kann aber nur bis < 10 km angewandt werden. Darüber hinaus sind die Fehler viel zu groß. Bei 28 km geht die Gleichung gegen Null.

DrStupid hat Folgendes geschrieben:


Diese Gleichung kann nur bis < 5 km angewandt werden.


1. Wie können die Gleichungen unterschiedliche Gültigkeitsbereiche haben, obwohl sie aus demselben Ansatz resultieren?

2. Die Temperatur eines schwarzen Körpers mit der Strahlungsleistung der Gegenstrahlung liegt bei etwa 4 °C. Diese Temperatur hat die Normatmosphäre in rund 2 km Höhe. Wenn die Gleichung nur bis 5 km angewendet werden könnte, dann wäre das also nicht unbedingt problematisch.

Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Somit kann man zwar gerne analytisch vorgehen nur liefert dieses zu stark vereinfachte Modell nur Phantasiewerte was in keinster Weise die Strahlungsbilanz aufschlüsseln kann, weder noch zur Erkenntnis der physikalischen Zusammenhänge beiträgt.


Und das ist Dir erst aufgefallen, nachdem Du Dir die DGL angesehen hast? Hast Du beispielsweise übersehen, dass wir die Atmosphäre als grauen Strahler betrachten? Gegen den Fehler, den wir damit machen, sind die von Dir bemängelten Ungenauigkeiten lachhaft.

Das Ziel unserer Modelle ist nicht die Berechnung des realen Treibhauseffektes. Du weißt selbst, dass das im Rahmen dieses Forums gar nicht möglich ist. Wir wollen berechnen, ob es prinzipiell möglich ist, dass eine wärmere Oberfläche über den Treibhauseffekt durch eine kältere Atmosphäre erwärmt wird. Das wurde vom OP in Frage gestellt (und zwar nicht speziell für die Erde, sondern grundsätzlich).
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 07. Jul 2019 21:04    Titel: Antworten mit Zitat

MP15 hat Folgendes geschrieben:
Gibt es ein Möglichkeit zu beweisen, dass Infrarotstrahlung aus einem kälteren Gasgemisch ein wärmeren Körper weiter erhitzen kann?


Ja, die gibt es. Ich habe es oben beispielsweise für einen speziellen Fall vorgerechnet. So wie Du die Frage hier stellst, ginge das sogar noch wesentlich einfacher.

Ob es eine Möglichkeit gibt, es Dir zu beweisen, hängt davon ab, was Du als Beweis akzeptieren würdest.
MP15
Gast





Beitrag MP15 Verfasst am: 07. Jul 2019 21:06    Titel: Antworten mit Zitat

Ich bin doch kein Physiker. Was will ich den Beweisen. Ich kenne die allgemein verbreite
Treibhaustheorie aus Schulbüchern. Thermodynamik und Strahlungslehre aus dem Studium. Mich hat immer die Diskrepanz zwischen Energieaustausch , Wärmefluss und 2. HS. gestört. Deswegen dachte ich, ich frage mal hier, da mir keiner diese Frage beantworten konnte. Es kann ja auch sein das ich zu simpel denke. Ich dachte nur da die Treibhaustheorie in den Medien als selbstverständlich verbreitet wird, wäre die Erklärung relativ simpel. Ist es aber wohl nicht.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 07. Jul 2019 21:11    Titel: Antworten mit Zitat

Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Vor allem was möchtest Du nun nachweisen, den Treibhauseffekt ansich?

Da würde ein Versuchsaufbau wie folgt ausschauen:

https://teaching.astro.uni-koeln.de/sites/default/files/praktikum_b/Anleitung_1.1.pdf


Der Versucht beweist nicht den Treibhauseffekt, sondern die IR-Absorption durch CO2 und soweit ich das sehe, wird die hier nicht in Frage gestellt.
MP20
Gast





Beitrag MP20 Verfasst am: 07. Jul 2019 21:11    Titel: Antworten mit Zitat

Dann ist für mich immer noch die Frage, warum die Erwärmung über Strahlung von einem kälteren Gas nicht dem 2. HS wiederspricht?
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 07. Jul 2019 21:13    Titel: Antworten mit Zitat

@DrStupid: Ehrlich gesagt verstehe ich nicht ganz, weshalb man überhaupt etwas nachrechnen muss alleine zum Begründen, dass durch eine Atmosphäre eine höhere Gleichgewichtstemperatur der Planetenoberfläche möglich ist. Wenn man zur Vereinfachung annimmt, dass die Atmosphäre für die Sonnenstrahlung völlig durchlässig ist, für die Wärmestrahlung der Planetenoberfläche aber nicht, dann trifft auf die Planetenobefläche auf jeden Fall mehr Strahlung auf als im Fall ohne Atmosphäre. Das ist von der Wirkung und Konsequenz her gleich, wie wenn (ohne Atmosphäre) die Strahlungsintensität bzw. Leuchtkraft der Sonne höher wäre und muss eine höhere Oberflächentemperatur des Planeten zur Folge haben.
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 07. Jul 2019 21:30    Titel: Antworten mit Zitat

@MPxx, zum 2. HS: Wie Du aus den Diagrammen der Strahlungsflüsse entnehmen kannst (wobei ich nicht sicher bin, ob Du diese akzeptierst), fliesst netto mehr Strahlung von der Erdoberfläche zur Atmosphäre als umgekehrt, es findet also ein Energiefluss statt von der Erdoberfläche in Richtung Atmosphäre. Für eine höhere Gleichgewichtstemperatur reicht aber alleine die Tatsache, dass überhaupt Strahlung von der Atmosphäre zur Erdoberfläche gelangt.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 07. Jul 2019 21:46    Titel: Antworten mit Zitat

Myon hat Folgendes geschrieben:
Wenn man zur Vereinfachung annimmt, dass die Atmosphäre für die Sonnenstrahlung völlig durchlässig ist, für die Wärmestrahlung der Planetenoberfläche aber nicht, dann trifft auf die Planetenobefläche auf jeden Fall mehr Strahlung auf als im Fall ohne Atmosphäre. Das ist von der Wirkung und Konsequenz her gleich, wie wenn (ohne Atmosphäre) die Strahlungsintensität bzw. Leuchtkraft der Sonne höher wäre und muss eine höhere Oberflächentemperatur des Planeten zur Folge haben.


Ja, uns ist das klar, aber vom OP wird dieser Effekt in Frage gestellt. Er bezweifelt grundsätzlich, dass die zusätzliche Energie zur Erwärmung der Oberfläche führen kann, wenn ihr Ursprung kälter ist. Um zu zeigen, dass das doch möglich ist, muss man deshalb mehr tun, als das offensichtliche auszusprechen.
Duke711



Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434

Beitrag Duke711 Verfasst am: 07. Jul 2019 22:05    Titel: Antworten mit Zitat

Alleine die Annahme dass die Atmosphäre in den höheren Schichtungen pauschal kälter wäre ist schon mal falsch:

0 -> 240 - 288 - 308 K
10 km -> 227 K
45 km -> 262 K

Hier sieht man auch zwischen welche Höhe sich der Treibhauseffekt abspielt, 10 - 45 km. 288 K ist ledeglich eine Durchschnittstemperatur. Während die 262 K relativ konstant sind, sind es die 288 K an der Oberfläche nicht. Bedeutet dass die Atmosphäre auch durch aus in höheren Lagen wärmer und nicht kälter ist, insbesondere in der Nacht oder in kälteren Gebieten. Die Konvektion hat einen maßgeblichen Einfluss -> Mischtemperatur.

Deshalb gilt deine "T Gleichung" auch nur bis 5 km. Bei 10 km würden 187 K heraus kommen.

94 km -> 173 K
190 km -> 1000 K
570 km -> 1280 K
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 07. Jul 2019 23:22    Titel: Antworten mit Zitat

Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Alleine die Annahme dass die Atmosphäre in den höheren Schichtungen pauschal kälter wäre ist schon mal falsch


Hat das hier irgendjemand angenommen?

Duke711 hat Folgendes geschrieben:

0 -> 240 - 288 - 308 K
10 km -> 227 K
45 km -> 262 K

Hier sieht man auch zwischen welche Höhe sich der Treibhauseffekt abspielt, 10 - 45 km.


Woran sieht man das hier?

Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Deshalb gilt deine "T Gleichung" auch nur bis 5 km. Bei 10 km würden 187 K heraus kommen.


In meiner Gleichung stehen doch gar keine Zahlenwerte. Sie sagt nur, dass die Temperatur nach oben linear abnimmt und das ist in der Normatmosphäre bis in 11 km Höhe der Fall. Um konkrete Werte zu erhalten, die mit der realen Atmosphäre übereinstimmen, musst Du die Parameter entsprechend wählen.
Duke711



Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434

Beitrag Duke711 Verfasst am: 07. Jul 2019 23:43    Titel: Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Sie sagt nur, dass die Temperatur nach oben linear abnimmt und das ist in der Normatmosphäre bis in 11 km Höhe der Fall. Um konkrete Werte zu erhalten, die mit der realen Atmosphäre übereinstimmen, musst Du die Parameter entsprechend wählen.


Ist aber nicht der Fall siehe Anhang. Das ist alles andere als linear.


DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Woran sieht man das hier?


Am Temperaturverflauf. Ohne Treibhausgase würde das Temperaturprofil proportional von 288 auf 173 K bis zu einer Höhe von 94 km, faktisch Weltall, absinken.



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TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 08. Jul 2019 06:05    Titel: Antworten mit Zitat

So wie ich das sehe, ist das bis ca. 10 km durchaus der Fall - und nichts anderes behauptet DrStupid.


8E3AE9E5-AED7-42EC-ACB4-088BFDD44320.jpeg
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Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434

Beitrag Duke711 Verfasst am: 08. Jul 2019 10:59    Titel: Antworten mit Zitat

Nein eben nicht, siehe Anhang im vorherigen Post. Die von dir gezeigte Grafik ist

1. nicht ganz korrekt
2. viel zu grob aufgelöst dass der Verlauf in der Troposphäre linear erscheint was dieser nicht ist.
3. Der Druck stimm eben falls nicht. 120 km -> 10^-4 mbar = 0,01 Pa. Es sind aber 0,002, sprich 10^-5 mbar.



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TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 08. Jul 2019 11:15    Titel: Antworten mit Zitat

Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Nein eben nicht, siehe Anhang im vorherigen Post. Die von dir gezeigte Grafik ist

Was soll ich zu einer Graphik ohne Achsenbeschriftung und Quellenangabe sagen?

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Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434

Beitrag Duke711 Verfasst am: 08. Jul 2019 11:43    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Nein eben nicht, siehe Anhang im vorherigen Post. Die von dir gezeigte Grafik ist

Was soll ich zu einer Graphik ohne Achsenbeschriftung und Quellenangabe sagen?


Nichts, kannst ja weiterhin an die kindlich aufbereitete und falsche Grafik glauben oder schaust mal auf der Hompage der Nasa nach den Messdaten.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17910

Beitrag TomS Verfasst am: 08. Jul 2019 13:48    Titel: Antworten mit Zitat

Duke711 hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Duke711 hat Folgendes geschrieben:
Nein eben nicht, siehe Anhang im vorherigen Post. Die von dir gezeigte Grafik ist

Was soll ich zu einer Graphik ohne Achsenbeschriftung und Quellenangabe sagen?


Nichts, kannst ja weiterhin an die kindlich aufbereitete und falsche Grafik glauben oder schaust mal auf der Hompage der Nasa nach den Messdaten.

Ich werde nicht etwas suchen, was du bereits gefunden hast!

Anbei einige Modelle

https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/atmosmet.html

https://en.wikipedia.org/wiki/U.S._Standard_Atmosphere#/media/File:Comparison_US_standard_atmosphere_1962.svg

https://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Atmosphere#/media/File:Comparison_International_Standard_Atmosphere_space_diving.svg

Was ist daran falsch? Wo sind die offiziellen Quellen, die das bezweifeln? Auf welche Seiten oder Veröffentlichungen der NASA beziehst du dich?

Ich habe nichts gegen eine kontroverse Diskussion, aber konstruktiv sollte sie schon sein.

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Duke711



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Beitrag Duke711 Verfasst am: 08. Jul 2019 14:00    Titel: Antworten mit Zitat

Darauf beziehe ich mich:

https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/nrlmsise00.php
https://etda.libraries.psu.edu/files/final_submissions/3065
TomS
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Beitrag TomS Verfasst am: 08. Jul 2019 14:25    Titel: Antworten mit Zitat

Nach längerem Suchen: in welcher Graphik oder Datensatz finde ich eine maßgebliche Abweichung von der linearen Näherung, die in unserem Kontext relevant wäre??
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TomS
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Beitrag TomS Verfasst am: 08. Jul 2019 14:53    Titel: Antworten mit Zitat

Ich stelle jetzt, mal eine allgemeinere Modellierungsmethode vor, die man recht einfach numerisch umsetzen kann.

Betrachtet wird Energietransport durch Strahlung, wobei Strahlung innerhalb von zwei getrennten Wellenlängenbereichen angesetzt wird; je Bereich nehme ich keine weiteren Unterscheidungen vor.

Vernachlässigt wird Energietransport durch
- Materialtransport = Konvektion
- Verdunstung, Niederschlag

Nicht betrachtet werden Inhomogenitäten, d.h. unterschiedlich beschaffene Oberflächen (Ozean, Gestein, Gletscher, ...) sowie horizontal unterschiedliche Temperaturschichtungen (über diesen Oberflächen) sowie insbs. Wolken. D.h. vernachlässigt werden horizontal variierende Parameter.

Außerdem nicht betrachtet wird horizontaler Energietransport.

Damit erhält man ein Modell, das sich für die Stapelung in sich homogener Schichten eignet. Die unterste = 0-te Schichte entspricht der Erde, die oberste (im Beispiel die 2-te) Schicht der Sonne. Je Schicht liegt eine homogene Temperaturverteilung vor. Energietransport findet nur zwischen benachbarten Schichten statt. Je Schicht können unterschiedliche Parameter für Reflexion, Absorption, Transmission und Emission betrachtet werden.

Feste Parameter (Randbedingungen) sind die Leistung pro Fläche der Sonne. Variable Parameter je Schicht sind Reflexion, Absorption, Transmission und Emission.

Außerdem existiert je eine Bilanzgleichungen pro Schicht für die innere Energie U sowie pro benachbartem Paar von Schichten für die ausgetauschte Strahlung; Paare von Indizes (n,n+1) geben die Richtung des Strahlungstransportes an.





Summiert wird über die Prozesse der Strahlungsentstehung bzw. des Transportes (griechische Buchstaben) sowie Ebenen (lateinische Buchstaben).

Eingangsgrößen sind die Parameter sowie die Leistung pro Fläche der Sonne. Zu berechnende Parameter sind die Temperaturen der Schichten.



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Duke711



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Beitrag Duke711 Verfasst am: 08. Jul 2019 14:54    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe die Links nicht umsonst hier reingestellt.

Also wenn Du eine Abweichung von 45 K in einer Höhe von 10 km bei der Anwendung der idealen Gasgleichung von "DrStupide" bei T0 = 288 K als Anfangswert für nicht relevant einschätzt dann wünsche ich euch bei euren Theorien gutes Gelingen.

Werde mich ich nun ausklinken. Macht eben die Welt so linear wie sie euch gefallen mag, passend dazu:

https://www.youtube.com/watch?v=lyQgyWqlxA8
https://www.youtube.com/watch?v=S5wY-S0UJwo
Myon



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Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 08. Jul 2019 15:18    Titel: Antworten mit Zitat

Sorry wenn ich nur ganz kurz einen Sprung mache. Eine ursprüngliche Frage war ja, ob ein kühlerer Körper einen wärmeren „erwärmen“ kann. Ich denke, wenn es nur um diese Frage geht, kann man das an einem viel einfacheren Beispiel quantitativ und mit einem Zahlenbeispiel behandeln. Mit einer Atmosphäre wird es schnell sehr kompliziert.

Ich gehe einfach aus von der Sonne und zwei schwarzen Körpern ohne eigene Energiequelle im Abstand . Wenn die abgestrahlte Leistung der Sonne ist und die Strahlungsleistungen, welche auf die beiden Körper trifft, dann gilt





( die Radien der beiden Körper, d der Abstand der beiden Körper voneinander, die Oberflächentemperaturen der Körper).

Die Körper seien so gut wärmeleitend, dass sich auf ihnen eine konstante Oberflächentemperatur einstellt.
Man hat hier natürlich das Problem, dass die Strahlungsleistung der beiden Körper vergleichsweise klein ist, . Als Zahlenbeispiel habe ich deshalb die Abstände von der Sonne um den Faktor 10 verkleinert im Vergleich zur Erde und die Körperradien vergrössert.
Mit r1=15 Mio km, r2=16 Mio km, d=2 Mio km, rK1=rK2=200'000 km ergeben sich Gleichgewichtstemperaturen




Demgegenüber wäre die Oberflächentemperatur von Körper 1 ohne Körper 2



Obwohl seine Temperatur geringer ist, führt also die Anwesenheit von Körper 2 dazu, dass die Gleichgewichtstemperatur von Körper 1 steigt.

Vorgenommene Vereinfachungen, gegen die man noch etwas einwenden könnte:
-die Oberflächentemperaturen der Körper wurden als konstant angenommen
-die sehr geringe Rückstrahlung der Körper auf die Sonne ist nicht berücksichtigt, aber sie würde höchstens die Strahlungsleistung der letzteren erhöhen
-die beiden Körper wurden als punktförmige Strahlungsquellen angenommen, obwohl sie sich relativ nahe sind.



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TomS
Moderator


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Beitrag TomS Verfasst am: 08. Jul 2019 16:52    Titel: Antworten mit Zitat

Danke schön.

Man kann auch meinen allgemeinen Ansatz verwenden und dies in ein Gleichungssystem mit einer 2*2 Matrix umformen ...

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