Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

2.2 Absorption von Strahlung durch atmosphärische Gase
Abb. 2.9.: IR-Absorptionspektren wichtiger atmosphärischer Gase. Daten von NIST Standard Reference
Database 69: NIST Chemistry WebBook [7].
über breite Wellenlängenbereiche. Auch CO2 absorbiert in breiteren Banden als dies
bei den übrigen Treibhausgasen Ozon O3, Distickstoffoxid N2O und Methan CH4 der
Fall ist. Auch sind Bereiche auszumachen, in welchen vor allem im Falle trockener
Luft nur sehr wenig absorbiert wird. Der breite Bereich geringer Absorption zwischen
8 µm und 13 µm wird großes atmosphärisches Fenster genannt und spielt für
die Meteorologie und Fernerkundung eine wesentliche Rolle, da in diesem Bereich
Strahlung fast ungeschwächt empfangen, und umgekehrt auch ausgesandt werden
kann.
Insgesamt ergibt sich nun gemäß der atmosphärischen Zusammensetzung ein gesamtes
Absorptionsspektrum der Atmosphäre. Aufgrund der unterschiedlichen Konzentrationen
der Treibhausgase hängt dieses aber stark vom Abstand zum Erdboden 11 , der
geographischen Lage und dem Wetterstand ab. Abb. 2.10 zeigt das mit dem Programm
MODTRAN [9] der University of Chicago simulierte Emissionsspektrum der Erdstrahlung
in 70 km Höhe unter Verwendung der in Tabelle 2.1 aufgeführten mittleren Anteile
der Treibhausgase für die US Standard Atmosphere bei wolkenlosem Himmel. Als
11 Beispielsweise beschränkt sich fast der gesamte Wasserdampfanteil auf die bodennahe Troposphäre
bis in 18 km Höhe. Demgegenüber steigt das Mischungsverhältnis von Ozon erst in der anschließenden
Stratosphäre bei 40 km auf nennenswerte Größen an. Generell ist die Gesamtdichte
atmosphärischer Gase in niedrigen Atmosphärenschichten größer, daher wird der Großteil der
Strahlung bereits in Troposphäre und Stratosphäre absorbiert [4].
13