Der Wasserdampffeedback

18. Mai 2018 | Von | Kategorie: Blog, Daten, Klimawandel, Wissenschaft

Wasserdampffeedback

Wasserdampf ist das stärkste sog. „Treibhausgas“ in unserer Atmosphäre. Gemäß Strahlungstransferberechnungen, die auf die Schwarzschildgleichung von 1906 zurückgehen, hat der Meteorologe und Klimatologe Syukuro Manabe bereits im Jahr 1964 gezeigt, wie Wasserdampf (H2O) als Treibhausgas in der Atmosphäre wirkt. In der Troposphäre, also im Bereich vom Erdboden bis ca. 10 km Höhe, ist Wasserdampf das stärkste sog. Treibhausgas, aufgrund der starken Absorption und Emission von Wärmestrahlung in der Atmosphäre. Im reinen Strahlungsgleichgewicht steigt die Temperatur von 10 km Höhe von 150 K auf ca. 330 K am Erdboden an. Also um rund 180°C. (18°C pro km). Das liegt deutlich über den feuchtadiabatischen Temperaturgradienten von nur 6,5°C pro km, den wir in unserer unteren Atmosphäre/ der Troposphäre mit Konvektion und Kondensation beobachten. Gemäß Ramanathan 1978 macht Wasserdampf 36% am natürlichen Treibhauseffekt aus.

Eine Abbildung des NOAA (der Wetter- und Ozeanografiebehörde der Vereinigten Staaten) zeigt die Verteilung des sog. Wasserdampffeedbacks. Besonders über den Tropen, in etwa 10 km Höhe macht sich eine Zunahme an Wasserdampf in unserer Atmosphäre als Wasserdampffeedback bemerkbar. Dort ist die Erwärmung besonders hoch. Es bildet sich ein sog. Hotspot aus, wenn der Wasserdampfgehalt dort zunimmt.

Eine deutliche Verstärkung der Erwärmung tritt in den Breiten zwischen 30°S und 30°N in der Höhe von 7 bis ca. 12 km auf. Dies ist eine Folge des lapse-rate feedback, der zu einer Erhöhung des Wasserdampfgehaltes und somit der Konzentration des wichtigsten Treibhausgases führt. Dies ist durch die Temperaturabhängigkeit der Feuchtadiabaten bedingt: bei höherer Temperatur nimmt die lapse rate ab. Somit steigt die Temperatur in der Höhe mehr an, es hat also auch mehr Wasserdampf und die Absorption langwelliger Strahlung wird stärker.

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16 Kommentare
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  1. Dazu zwei Anmerkungen: Bei dem Ausschuss-Hearing der US-Regierung zum Klimawandel betonte John Christy, dass der behauptete Hotspot empirisch nicht nachweisbar sei. Mann widersprach nicht, sondern ignorierte das Argument. Ich gehe davon aus, das Christy die empirischen Fakten berichtete. Wie passt das zur Theorie?

    Feuchtadiabatische Gradienten stellen sich nur dort ein, wo es zur Kondensation von Wasserdampf kommt. Dies ist bei clear sky nicht zu beobachten und auch bei hoher Luftfeuchte nur in diskreten Bereichen des Höhenprofils. Warum also sollte dieser Aspekt prägend für die atmosphärisch Lapse Rate sein?

    Ein weiter Aspekt sind turbulente Durchmischungen von Schichten bei Advektion und der Wärmetransport durch Evapo-Transpiration -- was im engeren Sinn nichts mit der Feuchtadiabatik zu tun hat.
    Auch ist der feuchtadiabatische Gradient nicht konstant, sondern bewegt sich in einem Bereich.

    Es ist darum anzunehmen, dass sich Mittelwerte aus einem chaotischen Bereich nur langsam verändern, aber nicht konstant sind. Wenn sie aber konstant wären, dann wäre dafür eine Begründung nur schwerlich zu ermitteln. Darüber hinaus dürfte es sehr schwer sein, zuverlässig einen globalen Mittelwert zu ermitteln, kleine Veränderungen festzustellen oder die entsprechende Hypothese zu widerlegen.

  2. @Landvoigt

    Der Hotspot ist nicht zu beobachten, da meines Wissens nach der Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre nicht signifikant zugenommen hat. Die Tropen erwärmen sich ja auch viel weniger als die Polarregionen.

  3. Die Ökologisten erzeugen übrigens einen Wasserdampffeedback selbst, wenn die ihre Visionen von Power to Wasserstoff umsetzen. Inklusive Tiefnebel über den Städten, der die Wärme unten gefangen hält.

  4. Es ist schon schwierig, jemanden, der absolut etwas nicht verstehen will, Zusammenhänge zu erklären.

    Wasserdampf hat viele Eigenschaften. In Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt sind es hauptsächlich zwei: Seine optischen Eigenschaften (Emission und Absorption) und seine Kondensierung bei niedrigen Temperaturen einschließlich der damit verbundenen Wärmeabgabe.

    In Bild 6a (oben) ist der temperaturabhängige Wassedampfgehalt nicht extra ausgewiesen. Der Vergleich der 3 Kurven zeigt, daß bei Drücken oberhalb ca. 100 mbar der dann geringe Wasserdampfgehalt kaum noch Einfluß hat (Ursache geringe Temperatur) -- der Wasserdampfeinfluß ohne Konvektion reicht also nur bis zu Höhen, wo mit Konvektion die Troposphäre sein wird.

    Ein weiteres Problem der Darstellung ist die Zuordnung der Kurven. Warme Luft dehnt sich aus. Deshalb kann die Ordinate entweder Druck oder Höhe sein -- aber nicht beides zugleich.

    In der Troposphäre wird aber der Temperaturverlauf nicht durch die Strahlungseigenschaften bestimmt (denn dann wäre wie oben erwähnt der Temperaturgradient

    (18°C pro km).

    er ist aber nur ca. 6,5 K/km -- also sind für den Temperasturgradienten nicht die Strahlungseigenschaften, sondern die adiabatischen Eigenschaften bestimmend.

    Natürlich strahlt der Wasserdampf auch -- und zwar stark -- aber das hat keine Auswirkungen auf den Temperaturgradienten, sondern auf die Gegenstrahlung: die emittierten Photonen der Gegenstrahlung, die die Erdoberfläche erreichen, wurden sehr oft von Wassrdampfmolekülen emittiert.

    Von daher sind die zwei Wirkungen des Wasserdampfes für den Treibhauseffekt wesentlich:
    1. Die Verringerung des trockenadiabatischen Gradienten auf den feuchtadiabatischen Gradienten und
    2. der Anteil an der Gegenstrahlung.

    Welchen Sachverhalt meinen Sie Herr Krüger? 1 oder 2?

  5. 2 Michael Krüger 18. Mai 2018 15:56

    da meines Wissens nach der Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre nicht signifikant zugenommen hat.

    Natürlich hat der Wasserdampfgehalt zugenommen (Clausius-Clayperonsche Gleichung), aber an der Tropopause ist es sehr kalt, so daß die Änderung des Restwasserdampfes (Clausius-Clayperonsche Gleichung) fast nicht bemerkbar ist.

    Die Tropen erwärmen sich ja auch viel weniger als die Polarregionen.

    Ist doch kein Wunder. Durch den Höhenanstieg der Tropopause ist der horizontale Wärmetransport vom Äquator zu den Polen durch die dickere Troposphäre kein Problem.

  6. @Ebel

    Der Temperaturgradient in der Troposphäre ist im reinen Strahlungs-GG so groß wegen der Strahlungseigenschaften von Wasserdampf. Konvektion und Kondensation tragen dann zu dessen Verringerung bei.

    Gemäß den Satellitendaten, die mir vorliegen hat der Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre sich nicht signifikant erhöht, seit Messbeginn.

  7. „Natürlich strahlt der Wasserdampf auch — und zwar stark — aber das hat keine Auswirkungen auf den Temperaturgradienten,“

    Fig. 6a oben von Manabe 1964 zeigt aber genau das Gegenteil. Im reinen Strahlungs-GG nur mit H2O 18 Grad pro km, ohne H2O hätten Sie im reinen Strahlungs-GG Null Grad pro km, da die Atmosphäre dann isotherm wäre.

  8. 7 Michael Krüger 18. Mai 2018 18:42

    ohne H2O hätten Sie im reinen Strahlungs-GG Null Grad pro km, da die Atmosphäre dann isotherm wäre

    So ein Unsinn. Ein isothermer Körper transportiert keine Wärme -- ein Körper mit Wechselwirkung zur transportierten Energie benötigt eine Temperaturdifferenz (II. HS der Thermodynamik). Ohne Wasserdampf hat der Körper „Atmosphäre“ zwar in einem geringeren Wellenlängenbereich Wechselwirkung mit der breitbandigen Strahlung, aber trotzdem Wechselwirkung und damit einen Temperaturgradienten.

  9. @Ebel

    Eine Atmosphäre mit Stickstoff und Sauerstoff und ohne THG wie H2O wäre isotherm, mit Gradienten NULL.

    Haben Sie selbst vor ein paar Jahren noch geschrieben, Herr Ebel. Ich zitiere Sie:

    Ohne Treibhausgase kann die Wärme die Atmosphäre nicht verlassen – deswegen wird die Atmosphäre weitgehend isotherm mit der Temperatur der wärmsten Stelle der Erdoberfläche – vielleicht sogar Ihrer Heizung. Unter diesen warmen isothermen Atmosphäre ist eine ruhende Luftschicht (ruhend wegen Inversion), die die hauptsächlich isotherme Atmosphäre von der überwiegend kalten Oberfläche trennt.

    http://scienceblogs.de/primaklima/2010/10/15/klimaschmock-september-2010-professor-kirstein-und-die-uni-leipzig/#comment-11824

    In reinen Strahlungs-GG nur mit H2O also 18°C/km und ohne H2O und andere THG also 0°C/km.

  10. PS

    Fig 6a zeigt auch. H2O alleine bringt 18°C/km und CO2 alleine nur 7,5°C/km im reinen Strahlungs-GG. H2O ist also das weitaus stärkere THG. Ohne THG hätte man 0°C/km. Und Konvektion gibt es dann auch nicht, wenn es kein Temperaturgefälle mehr gibt.

  11. Ebel Langstrupf -- Welt…..gefällt…

  12. Kaufe ein „m“

  13. 1) Nach Gervais hat in der unteren Stratosphäre in den letzten Jahrzehnten die Temperatur nicht zugenommen, obwohl dort nach den auf Treibhausgasen basierten Klimamodellen die stärkeste Erwärmung hätte stattfinden sollen.
    2) Wasserdampf hat die Eigenschaft, in der Atmosphäre seinen Aggregatszustand verändern zu können. Das Treibhausgas wird also plötzlich zum Schwarzstrahler und setzt ausserdem die bei der Verdunstung aufgenommene Kondenstationswärme frei, -- alles Vorgänge die in Modellen sehr unzureichend quantifiziert werden können (was sogar das IPCC indirekt zugibt).
    3) Daher beobachten wir ja auch eine ständig ansteigende Divergenz zwischen den Temperaturprojektionen des IPCC und den tatsächlich beobachteten Temperaturen.
    4) Die unbestreitbare Tatsache, dass der grösste Teil des Holozäns (letzte 10.000 Jahre) wärmer waren als heute (Zeugen sind aus Gletschern und Mooren geborgene Baumstämme, die deutlich oberhalb der heutigen Baumgrenze in den Alpen gewachsen sind), ist unvereinbar mit den radiative forcings, wie sie vom IPCC beschrieben und bewertet werden (Figure 8-17 in IPCC 2013). Dort sind CO2-, Methan- und Lachgas-Emissionen mit prominenten Balken versehen, wogegen der Solareinfluss auf einen symbolischen Minimalwert zusammengestutzt wurde. Damit lassen sich keine vorindustriellen Warmzeiten erklären, was sogar das IPCC-Wissenschaftler selbst zwischen den Zeilen verborgen zugeben (nicht aber die IPCC-Funktionäre in ihren Synthesis Reports).
    5) Schlussfolgerung. Alle Aufregung und alles ausgegebene Geld zur Rettung des Klimas ist umsonst und sogar schädlich!

  14. @Glatze

    CO2 kühlt in der Stratosphäre und erwärmt dort nicht. Auch seit Manabe 1964 bekannt.

  15. PS

    Und Wasserdampf gibt es in der Stratosphäre sogut wie nicht!

  16. 10 Michael Krüger 18. Mai 2018 20:31

    CO2 alleine nur 7,5°C/km

    Wie Du aus Fig. 6a den Temperaturgradient ablesen willst ist mir unklar, Alleine schon, weil die Ordinaten nicht stimmen (siehe #4).

    An der Tropopausewird der Temperaturgradient überschritten. Nach unten nimmt der Temperatugradient zu. 7.5 K/km erscheint mir deshalb zu gering.

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