Die Reflexion der Globalstrahlung an der Erdoberflache - Die kurzwellige Strahlungsbilanz

Die Reflexion der Globalstrahlung an der Erdoberfläche

Die kurzwellige Strahlungsbilanz

Unter Globalstrahlung versteht man die auf die Erdoberfläche auftreffende elektromagnetische Energie, d.h. sie tritt als Bündel elektromagnetischer Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge auf.

Gemessen wird diese Strahlung in Kalorien bzw. Joule pro Fläche und Zeit:

Beim Auftreffen der Globalstrahlung auf die Erdoberfläche wird diese abhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche reflektiert oder absorbiert.

Bei unebenen Oberflächen erfolgt die Reflexion z.T. spiegelnd, d.h. die Strahlung wird unter einem bestimmten Winkel wieder reflektiert. Dies ist besonders an Oberflächen wie Wasser, Sand, Schnee oder Blattoberflächen der Fall. Der Hauptbestandteil der Strahlung wird hingegen vielgerichtet abgestrahlt.

Die an den bestrahlten Körpern erscheinende Farbe ist abhängig von der Stärke der diffusen Reflexion. Wird z.B. die Strahlung an einem Gegenstand zu 100% diffus reflektiert, so erscheint die Oberfläche weiß, bzw. wenn sie zu 100% absorbiert wird, schwarz.

Als Albedo a wird das Reflexionsvermögen eines Körpers (in Prozent) bezeichnet, d.h. es wird das Verhältnis reflektierter zu einfallender Energie bestimmt. Dieses Reflexionsvermögen hat große Auswirkungen auf die kurzwellige Strahlungsbilanz der Erdoberfläche, denn

SB_K = Globalstrahlung - Reflexstrahlung

Eigentlich müßte die Albedo für jede Wellenlänge und für jeden Einfallswinkel separat bestimmt werden. Aus Einfachheitsgründen wird die Strahlung als kurzwelliges Strahlenbündel aufgefaßt. Unter dieser Voraussetzung werden die Reflexions- und Absorptionseigenschaften einer Oberfläche definiert. Unter einem absolut schwarzen Körper versteht man einen Gegenstand, dessen Oberfläche keinerlei Wellen reflektiert (auch nicht die sichtbaren).

Glatte Oberflächen wie Wasser, Schnee, Sand oder bestimmte Laubarten besitzen einen hohen Anteil an spiegelnder Reflexion, dabei ist zu bemerken, daß die Albedo stark vom Einfallswinkel der Strahlen abhängig ist.

FOLIE: Albedowerte

Generell wird von bestimmten Durchschnittswerten für die Albedo ausgegangen:

Mittlere Breiten    ca. 16%

Ozeane (Tropen, Mittlere Breiten)         ca. 7-9%

Schneebedeckte Tundren                       ca. 80%

Stark verschneite Waldländer                ca. 40%

Über einer Fläche mit der Albedo a ist

Der reflektierte Teil der Globalstrahlung

(Q + q) a

Der absorbierte Teil der Globalstrahlung

(Q + q) - (Q + q) a = (Q + q) a

wobei:

Q direkte Strahlung (Strahlungsanteil, der die Atmosphäre

ungehindert durchdringen kann)

q diffuse Strahlung (durch Atmosphäre und Bewölkung beeinflußt)

und      Q + q die Globalstrahlung ist.

Beispiel Salzburg:

FOLIE: Jahresgang der Albedo einer Wiesenfläche in Salzburg (1970/ 71) in Prozent

Die hohen Werte im November bis März sind durch die zeitweilige Schneebedeckung zu erklären (Neuschneedecke reflektiert ca. 85%, Altschneedecke ca. 60%). Die im Sommer gemessenen Werte entsprechen den in der Literatur angegebenen Albedowerten für Wiesen und grüne Felder. Der Reflexionswert wird auch noch von der Spektralverteilung der Einstrahlung, die vom Vorhandensein der Bewölkung abhängig ist, bestimmt.

A L B E D O W E R T E

Asphaltstraße                         ca. 7%

Grasfläche                               ca. 15%

Laubwald                                ca. 15%

Wasser   ca. 7-25% (differiert nach Sonnenhöhe)

Betondecke                              ca. 23%

Wüste     ca. 30%

Schnee gealtert                       ca. 60%

Schnee frisch gefallen           ca. 85%

Quelle: Weischet, S 79, Auszug

Jahresgang der Albedo einer Wiesenfläche in Salzburg (1970/71) in Prozent

Quelle: Mahringer, S 118

Entwurf: Stefanie Bayer