Re: Beruht die Lufttemperatur Ã?BERHAUPT auf der Zusammensetzung der Luft?

From	Carla Schneider <carla_schn@proton.me>
Newsgroups	de.sci.physik
Subject	Re: Beruht die Lufttemperatur Ã?BERHAUPT auf der Zusammensetzung der Luft?
Date	2023-10-28 11:17 +0200
Organization	Mausgrau
Message-ID	<653CD18E.52E9F2B2@proton.me> (permalink)
References	<kq0vfmFll0iU1@mid.individual.net>
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Thomas Heger wrote:
> 
> Hi NG
> 
> Ich brüte gerade über der Frage, ob die Zusammensetzung der Luft einen
> Einfluss auf die Lufttemepratur hat.
> 
> Dabei meine ich mit Luft 'saubere und trockene Luft ohne Wolken'.
> 
> Scheint nun Sonne auf diese Luft, dann wird wohl die meiste Strahlung
> einfach dort hindurch scheinen.
> 
> Irendwie erwärmt werden könnte die Luft nur, wenn die Sonnenstrahlung
> mit der Luft interagiert indem bestimmte Frequenzen daraus absorbiert
> werden.
> 
> Die meiste Energie kommt dabei im Bereich der hohen Frequenzen auf die Erde.

In den Wellenlaengen von 400nm bis 800nm also dem sichtbaren Licht.


> 
> Diese werden zum größten Teil von der oberen Atmosphäre absorbiert, (was
> hier aber nicht interessiert da weit oben).

Das geschieht im UV-Bereich, also Wellenlaengen kleiner 400nm.
Es interessiert deshalb nicht so sehr weil das nur ein kleiner Anteil der von
der Sonne kommenden Strahlungsleistung betrifft.


> 
> Vom nahen UV bis zu nahen IR ist die Atmosphäre weitgehend durchlässig
> und absorbiert also wenig.
Stimmt.

> 
> Im langen IR gibt es noch mal ein 'Atmosphärisches Fenster' durch
> welches auch Strahlen ins All gelangen oder von dort kommen können.
https://de.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A4risches_Fenster#/media/Datei:Atmospheric_electromagnetic_opacity-de.svg

> 
> Ansonsten ist die Atmosphäre weitgehend undurchlässig für Strahlung.
> 
> Wenn nun ein Molekül der Luft eine Photon einfängt, dann erhöht sich
> dessen Energie-Zustand vorübergehend und das Molekül gibt die Energie
> nach kurzer Zeit wieder ab in Form eines Photons, welches aber u.U. eine
> andere Frequenz oder Richtung haben kann als das absorbierte.

Das ist die Absorption im UV Bereich, ein Elektron wird angeregt und
regt sich wieder ab...

> 
> Mein Problem ist nun, dass ich keinen Mechanismus erkennen kann, welcher
> ggf. die Lufttemperatur erhöhen könnte, da Temperatur etwas anderes ist
> als die internen Schwingungszustände eines Atoms oder Moleküls.

Die Molekuele schwingen und rotieren bewegen sich linear und stossen miteinander.
Dadurch ist die Temperatur der Schwingung und Rotation gleich der Temperatur der
Geschwindigkeitsverteilung.


Die Rotation und Schwingung von Sauerstoff und Stickstoff reagiert aber nicht 
mit der Strahlung der Rotationsfrequenz oder Schwingfrequenz, da das elektrische 
Dipolmoment fehlt, man sieht sie nur durch Ramanstreuung, da wird aber das
Photon nicht absorbiert.

Wassermolekuele haben so ein Dipolmoment, und bei CO2 gibts eine Schwingungsmode
bei der eines entsteht, naemlich wenn C Atom um seine Mittellage zwischen
den beiden O Atomen hin und her schwingt. Diese beiden Molekuele 
absorbieren und emittieren in einem Wellenlaengenbereich im Infraroten.
D.h. darueber ist ihre Temperatur der Luft an die Strahlung angekoppelt.
Es gilt der https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichverteilungssatz




> 
> Meiner Ansicht nach erhöht sich die Lufttemperatur nicht nennenswert bei
> Durchstrahlung, sondern durch Erwärmung des Bodens, welcher wiederum
> Wärme an die Luft abgibt.

Mit Ausnahmen, die Ozonschicht ist eine.

> 
> Dies ist möglich, da zwei der drei möglichen Formen der
> Wärmeübertrahlung (Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion) beim
> Kontakt der Luft mit dem Boden möglich sind, selbst wenn die Luft keine
> Energie aus der Strahlung zwecks Temepraturerhöhung ziehen würde.
> 
> Dies deckt sich mit der Beobachtung, dass Luft am Boden dann besonders
> warm ist, wenn der Boden sehr warm ist (etwa über Asphalt im Sommer).
> 
> Die Bodentemperatur wird aber nicht von der Zusammensetzung der
> (sauberen) Luft bestimmt, sondern ist eine Funktion von Albedo,
> Verdunstung, Wolken (und dem übrigen Wetter) und Sonneneinstrahlung.

Die Bodentemperatur wird von der Temperatur der Luft darueber beeinflusst.
Das kann man sehr gut bei wolkenlosem Wetter im Fruehling sehen.
Anfang Mai kann es da in Deutschland 25°C Hoechsttemperatur am Nachmittag
haben, oder auch nur 5° wenn gerade Polarluft aus Nordosten einfliesst.
Entsprechend hat dann auch die Oberflaeche des Bodens eine um 20°C unterschiedliche
Temperatur trotz gleichem Sonnenstand bei gleicher Uhrzeit.

Besonders stark wird die Bodentemperatur Nachts bei klarem Himmel 
durch die Luftfeuchte  beeinflusst.
Bei sehr trockener Luft wird es sehr kalt, je feuchter die Luft
desto hoeher die Tiefstemperatur.
Dadurch kommen die kalten Naechte in der Wueste, aber auch in Deutschland im Fruehling
bei trockener Luft.

Das kommt durch die Atmosphaerische Gegenstrahlung,
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