Toolyard

Treibhauseffekt-Simulator

Gleichungen in dieser Simulation

absorbiertes Sonnenlicht = S₀ (1 − α) ÷ 4
S₀Sonnenlicht am Oberrand der Atmosphäre S₀ (W/m²)die Solarkonstante, 1.361 W/m²; geteilt durch 4, weil eine Kugel die vierfache Fläche der Scheibe hat, die sie der Sonne zuwendet
αAlbedo α (reflektierter Anteil des Sonnenlichts)0,30 für die Erde insgesamt: Wolken, Eis und Wüsten reflektieren, Ozeane und Wälder absorbieren

Mit den aktuellen Werten:

T_e = (S₀ (1 − α) ÷ 4σ)^(1/4)
T_eTemperatur, die die Erde ohne Treibhauseffekt hätteetwa 255 K (−18 °C); σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴)

Mit den aktuellen Werten:

T_s = T_e × (2 ÷ (2 − ε))^(1/4)
εAnteil der Infrarotstrahlung des Bodens, den die Atmosphäre absorbiertetwa 0,77 in einem Einschichtmodell, was die Oberfläche auf die beobachteten 15 °C erwärmt

Mit den aktuellen Werten:

ΔF = 5.35 ln(C ÷ 280) + 0.036 (√M − √722) − (S₀ ÷ 4) Δα + (1 − α) ΔS₀ ÷ 4
CKohlendioxid (ppm)280 ppm vor der Industrialisierung; jede Verdopplung bringt 3,7 W/m² Antrieb
MMethan (ppb)722 ppb vor der Industrialisierung
ΔFStrahlungsantriebdie zusätzliche Energie pro Quadratmeter, die der Planet behält, verglichen mit dem Jahr 1750

Mit den aktuellen Werten:

ΔT_eq = λ ΔF, C_h dT ÷ dt = ΔF − (T − T₀) ÷ λ
λKlimasensitivitätsparameterK pro W/m²: 0,32 für die Planck-Antwort allein, etwa 0,8 mit den Rückkopplungen durch Wasserdampf, Eis und Wolken
C_hWärmekapazität der Durchmischungsschicht des Ozeans8 W·Jahr/(m²·K), daher braucht die Temperatur Jahre, um dem Antrieb zu folgen
Tglobale mittlere Oberflächentemperaturbeginnt bei vorindustriellen 13,8 °C und bewegt sich auf das neue Gleichgewicht zu

Mit den aktuellen Werten:

So benutzt du den Treibhauseffekt-Simulator

  1. Gelbe Photonen des Sonnenlichts kommen herunter; ein Anteil, der der Albedo entspricht, prallt direkt zurück ins All, der Rest erwärmt den Boden. Der Boden schickt rote Infrarotphotonen nach oben, und trifft eines in der Atmosphäre auf ein Kohlendioxid- oder Methanmolekül, wird es absorbiert und in eine zufällige Richtung weitergeschickt, oft zurück nach unten. Diese zurückkommende Energie ist der Treibhauseffekt.
  2. Erhöhe das CO₂ und sieh mehr Infrarot eingefangen werden. Der Strahlungsantrieb springt sofort, aber die Temperatur steigt über Jahre, während sich der Ozean erwärmt, bis die abgegebene Energie die einfallende wieder ausgleicht. Die Diagramme verfolgen Temperatur, Antrieb und die Energie, die noch hinzukommt; das Hauptdiagramm zeigt die Erwärmung im Gleichgewicht gegen CO₂ für jede Wahl der Rückkopplungen.
  3. Ändere die Albedo, um zu sehen, was mehr Eis oder Wolken bewirken, oder die Leistung der Sonne für ihren kleineren Effekt, und wähle die Klimarückkopplungen, um zu sehen, wie derselbe Antrieb 1,2 °C oder 4,5 °C pro CO₂-Verdopplung ergibt. Der Simulator für Schwarzkörperstrahlung zeigt, warum die Sonne im sichtbaren Licht strahlt und die Erde im Infrarot.

Häufige Fragen

Was ist der Treibhauseffekt?

Sonnenlicht, überwiegend sichtbar, durchdringt die Atmosphäre und erwärmt die Oberfläche. Die warme Oberfläche strahlt Infrarot ab, und Gase wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan absorbieren einen großen Teil davon und strahlen ihn in alle Richtungen wieder ab, auch zurück nach unten. Die Oberfläche ist dadurch etwa 33 °C wärmer, als sie ohne sie wäre: im Mittel 15 °C statt −18 °C.

Was ist Strahlungsantrieb?

Die Änderung der Energiebilanz am Oberrand der Atmosphäre durch etwas wie zusätzliches CO₂, in Watt pro Quadratmeter. Der Antrieb durch CO₂ wächst mit dem Logarithmus seiner Konzentration, ΔF = 5,35 ln(C ÷ 280): Jede Verdopplung bringt etwa 3,7 W/m². Von 280 auf 420 ppm sind es etwa 2,2 W/m².

Was ist Klimasensitivität?

Die Erwärmung, nachdem sich das Klima nach einer CO₂-Verdopplung eingependelt hat. Ohne Rückkopplungen wären es etwa 1,2 °C. Wärmere Luft enthält mehr Wasserdampf, selbst ein Treibhausgas, und schmelzendes Eis verdunkelt die Oberfläche, was diesen Wert etwa verdoppelt bis verdreifacht; die wahrscheinliche Spanne ist 2,5 bis 4 °C, mit 3 °C als bester Schätzung.

Warum hinkt die Temperatur dem CO₂ hinterher?

Die Ozeane nehmen Wärme auf und erwärmen sich langsam. Die einzige durchmischte Ozeanschicht dieser Simulation holt in etwa einem Jahrzehnt auf; der echte tiefe Ozean braucht Jahrhunderte, deshalb hat sich die Erde bisher um etwa 1,2 °C erwärmt, obwohl der heutige Antrieb auf Dauer mehr bringen würde.

Es heißt, WebGL sei abgeschaltet.

Die 3D-Ansicht braucht WebGL, das jeder aktuelle Browser hat. Es kann abgeschaltet sein, wenn die Hardwarebeschleunigung in den Browsereinstellungen deaktiviert ist oder der Grafiktreiber sehr alt ist. Schalte die Hardwarebeschleunigung ein oder probier einen anderen Browser.

Wird etwas hochgeladen?

Nein. Die Simulation zeichnet dein eigener Browser mit WebGL; nichts wird irgendwohin gesendet, und sie läuft auch offline weiter, sobald die Seite geladen ist.

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