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2016 | Book

Grundkurs Klima

Authors: Michael Hantel, Leopold Haimberger

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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About this book

Wenn Sie wissen wollen, wie Klima funktioniert, müssen Sie fragen: Was ist der Klimazustand? Wie beobachtet man ihn? Wie macht man Haushalte daraus? Das Buch zeigt, warum Sie diese drei Aspekte als Grundlage für ein Klimaverständnis brauchen.

Die Autoren stellen dazu das bewährte Haushaltsgesetz in neuem Gewand vor: Speicherung, Abfluss und Umwandlung jeder einzelnen Zustandsgröße wie der Energie ergeben zusammen Null. Wie man diese Formel zusammen mit den Messungen, beispielsweise vom Satelliten aus, und modernen Schätzverfahren optimal nutzt und zu einem konsistenten Bild des irdischen Klimas zusammenführt, ist das Anliegen des Buches.

Daraus ergibt sich eine globale Haushaltsklimatologie aus re-analysierten Daten 1979 bis 2013, komplett mit Trends, Flüssen und Umwandlungsraten. Sie zeigt unter anderem, dass das klimatische Fließgleichgewicht heute gestört ist, besonders deutlich beim Kohlenstoff.

Damit stellt dieser Grundkurs den Begriffshintergrund bereit, mit dem man sich vom Bachelorstudium aufwärts in der Flut moderner Klimaberichte zurechtfinden kann.

Michael Hantel (emeritiert, von Haus aus Experimentalphysiker) betreut den Schwerpunkt der Haushaltsgesetze. Leopold Haimberger (IPCC-2013-Beitragsautor), spezialisiert auf globale Analysen des Klimasystems, ist für die Daten verantwortlich. Beide Autoren gehören als Professoren der Universität Wien an und lehren im Fach theoretische Meteorologie.

Table of Contents

Frontmatter
Chapter 1. Das Haushaltskonzept
Zusammenfassung
Das grundlegende theoretische Konzept dieses Buches ist das Haushaltsprinzip. Als einfache Kurzfassung verwenden wir dafür die Klimaformel.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 2. Prototyp der Klimahaushaltsgleichung
Zusammenfassung
Im vorigen Kapitel haben wir das Konzept des Haushalts, repräsentiert durch die Klimaformel, für diskrete Systeme entwickelt. Mit diskret ist gemeint, dass die Elemente des betrachteteten Klimasystems aus unterscheidbaren, räumlich getrennten und endlich großen Objekten bestehen (z. B. Wolkentröpfchen). Diese Betrachtungsweise führt dazu, dass zwei verschiedene Klimasysteme verschiedenen Gleichungen gehorchen.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 3. Von Messungen über Analysen zu Haushalten
Zusammenfassung
Das lokale Transporttheorem (2.73) für eine Größe wie die spezifische Feuchte formuliert ein physikalisches Gesetz – eine präzise deterministische Aussage. Das reicht aber nicht aus, um die Terme des Transporttheorems zu quantifizieren, denn wir kennen die Feldfunktionen nicht, die in den Termen enthalten sind. Wir haben nur Messungen, die noch dazu mit Fehlern behaftet sind.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 4. Der Massenhaushalt der Geofluide
Zusammenfassung
Der Massenhaushalt der reinen Geofluide (Zustandsgröße ρLuft in der Atmosphäre, ideales Gas; konstantes ρWasser im Ozean, inkompressibel) ist der einfachste Haushalt. Wir behandeln ihn für beide Fluide so, als ob es keine Spurenstoffe und keine Umwandlungsraten gäbe. Nur der Wasserdampf stört dieses einfache Konzept, weil er Träger des hydrologischen Kreislaufs in der Atmospäre ist.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 5. Der globale Impulshaushalt
Zusammenfassung
In diesem Kapitel besprechen wir das globale Strömungssystem in den Klimafluiden. Die elementare Begriffsbildung dabei, die Geschwindigkeit des Fluids, haben wir in Kapitel 2 eingeführt. Dort ging es zuerst um die Divergenz der Geschwindigkeit mit dem Ziel der Massenerhaltung. Hier nun handeln wir vom Impuls – da geht es um den Wind in der Atmosphäre und die Strömung im Ozean.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 6. Der globale Energiezyklus
Zusammenfassung
Der Energiekreislauf ist einfacher als der Wasserkreislauf. Wasser kann man in die chemischen Grundstoffe zerlegen oder es aus ihnen aufbauen. Bei der Energie geht so etwas nicht.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 7. Der hydrologische Kreislauf
Zusammenfassung
Der Wasserhaushalt ist unserer Anschauung unmittelbar zugänglich. An ihm kann man so gut wie alle Methoden der Haushaltsklimatologie studieren. Während bei anderen Haushalten bestimmte Komponenten nicht vorkommen (z.B. die Umwandlung beim Drehimpulshaushalt), sind beim hydrologischen Kreislauf alle Komponenten (Tendenz, Fluss und Umwandlung) vertreten.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 8. Globale chemische Kreisläufe
Zusammenfassung
In diesem Kapitel besprechen wir Haushalte von Zustandsgrößen, die durch chemische Umwandlungen miteinander in Wechselwirkung stehen.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 9. Partikelkreisläufe
Zusammenfassung
Mit der Haushaltsfähigkeit von Wolken und Aerosol ist es schlecht bestellt; von Vollständigkeit der Partikelhaushalte ist die Wissenschaft weit entfernt.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 10. Der Klimabegriff im Wandel
Zusammenfassung
Das globale Klima ist im Wandel. Aber diese Veränderung, so unzweifelhaft sie sich vollzieht, ist untrennbar verknüpft mit unserem Verständnis des Klimas, das ebenfalls nicht konstant ist: auch der Klimabegriff ist im Wandel.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Chapter 11. Anhänge
Zusammenfassung
Die folgenden Anhänge enthalten eine Reihe von formalen und mathematischen Einzelheiten, die ständig gebraucht werden.
Michael Hantel, Leopold Haimberger
Backmatter
Metadata
Title
Grundkurs Klima
Authors
Michael Hantel
Leopold Haimberger
Copyright Year
2016
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-48193-6
Print ISBN
978-3-662-48192-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-48193-6