Bemerkungen zu Eddington, Milne und Miskolczi
 Zur IR-optischen Tiefe und zur Konvektion in den Atmosphären von Sonne und Erde
Im November 2014 merkte der Physiker W. J.  an, ihm sei wohltuend aufgefallen, dass in den Büchern "Klimaphysik" und "Physikalische Klimamodelle" die Autoren Eddington und Milne sowie Miskolczi grundlegend behandelt worden sind.
Dazu die folgende Anmerkung von Brune:

Sehr geehrter Herr J., ich lege großen Wert auf die Arbeiten von Eddington und Milne. Sie haben die grundlegenden physikalischen Aussagen zum Problem getroffen. Die klassische Lösung geht von Untersuchungen von Sternatmosphären aus. Dabei wird von außen nach innen eine kontinuierliche Zunahme der relevanten optischen Tiefe angenommen. Die Sonne (und die Hüllen anderer Sterne) zeigt jedoch auch das Auftreten einer konvektiven Wärmetransportzone. Dafür ist folglich die optische Tiefe nicht aussagefähig. Die Gashülle der Sonne weicht unter anderem durch die Beimengungen  von Atomen mit höherer Ordnungs- bzw. Massenzahl, die im Innern durch Fusion entstehen, von den Strahlungseigenschaften einer reinen Wasserstoff-Helium-Atmosphäre ab.  Eine gewisse Ähnlichkeit besteht bei der Erdatmosphäre, die sich "strahlungsmäßig" ebenfalls von einer reinen Stickstoff-Sauerstoff-Atmosphäre unterscheidet. Ursache dafür ist das Verhalten von Wasser in der Atmosphäre, hervorgerufen durch den immensen Flüssigwasseranteil an der Erdoberfläche. Dafür ist vor allem auch die Wolkenschicht zuständig, die sich insbesondere rund um den Äquatorgürtel ausbildet. Wasser führt dazu, dass in der Erdatmosphäre vorwiegend ein konvektiver Wärmetransport stattfindet - mit Ausnahme des Bereichs des IR-Strahlungsfensters. 

Die Gesamtproblematik lässt sich gut mit der optischen Tiefe (im IR-Bereich) beschreiben:

*klassisch nimmt sie kontinuierlich von oben (= 0) nach unten zu;

*nach Miskolczi ist sie ein feststehender Wert (= 1,86), wofür vor allem der Wasseranteil zuständig ist;

*nach meiner Auffassung nimmt die optische Tiefe von oben (= 0) nach unten zunächst zu, durchläuft einen Maximalwert und nimmt dann im weiteren Verlauf nach unten wieder ab (an der Erdoberfläche wieder = 0). Damit gibt es zwei IR-Strahlungszonen in der Erdatmosphäre: im oberen Bereich der Troposphäre, mit Strahlungsrichtung nach außen, ins All - ein wichtiger Vertreter dafür ist CO2; und im unteren Bereich - von unten nach oben als Bodenstrahlung (außerhalb des IR-Strahlungsfensters), von oben nach unten hauptsächlich als Wolkenstrahlung in Richtung Boden. Die letzteren beiden kompensieren sich energetisch, da annähernd in gleicher Intensität.

Die Kühlung der Erdoberfläche erfolgt folglich - immer außerhalb des IR-Strahlungsfensters - vorwiegend durch konvektiven Wärmetransport (an dem im Übrigen auch der konvektive Transport innerhalb der Wolken beteiligt ist). Erst im oberen Bereich der Troposphäre erfolgt eine Umwandlung in Strahlung und damit eine "Strahlungs"-Kühlung des Erdklimasystems. Um es noch einmal deutlich zu machen: Ich gehe, im Unterschied zu Miskolczi, davon aus, dass - immer wieder außerhalb des Bereichs des IR-Strahlungsfensters - an der IR-Abstrahlung ins All kein Anteil Bodenstrahlung ist; alles, was oben in der Troposphäre abgestrahlt wird, stammt aus dem konvektivenWärmetransport vom Boden durch die untere Atmosphäre. Zwischen den beiden Strahlungszonen der Troposphäre gibt es keine radiative Verbindung.

Es ist sehr wohl möglich, dass der Mensch in den Wasserhaushalt der Atmosphäre eingreifen und dabei auch das Klima beeinflussen kann.

 
© Copyright by Dr. Wolfgang Brune, Leipzig, 2014. Freigabe nur durch den Autor. eMail-Adresse: info@wolfgang-brune.eu. Stellungnahmen sind ausdrücklich erwünscht.