BeleuchtungBearbeiten

Die Albedo ist nicht direkt von der Beleuchtung abhängig, da eine Änderung der Menge des einfallenden Lichts proportional die Menge des reflektierten Lichts ändert, außer in Fällen, in denen eine Änderung der Beleuchtung eine Änderung der Erdoberfläche an diesem Ort bewirkt (z. B. durch Schmelzen von reflektierendem Eis). Sowohl die Albedo als auch die Beleuchtungsstärke hängen vom Breitengrad ab. Die Albedo ist in der Nähe der Pole am höchsten und in den Subtropen am niedrigsten, mit einem lokalen Maximum in den Tropen.

Einstrahlungseffekte

Die Intensität der Albedo-Temperatureffekte hängt von der Höhe der Albedo und der Höhe der lokalen Einstrahlung (solare Bestrahlungsstärke) ab; Gebiete mit hoher Albedo in der Arktis und Antarktis sind aufgrund der geringen Einstrahlung kalt, während Gebiete wie die Sahara-Wüste, die ebenfalls eine relativ hohe Albedo haben, aufgrund der hohen Einstrahlung heißer sein werden. Tropische und subtropische Regenwaldgebiete haben eine geringe Albedo und sind viel heißer als ihre Pendants in den gemäßigten Breiten, die eine geringere Sonneneinstrahlung haben. Da die Sonneneinstrahlung eine so große Rolle bei der Erwärmung und Abkühlung durch die Albedo spielt, zeigen Gebiete mit hoher Sonneneinstrahlung wie die Tropen tendenziell eine ausgeprägtere Schwankung der lokalen Temperatur, wenn sich die lokale Albedo ändert.

Arktische Regionen geben deutlich mehr Wärme an den Weltraum ab, als sie absorbieren, wodurch die Erde effektiv abkühlt. Dies ist besorgniserregend, da Eis und Schnee in der Arktis aufgrund der höheren Temperaturen schneller schmelzen und dadurch Regionen in der Arktis entstehen, die deutlich dunkler sind (Wasser oder Boden, die eine dunklere Farbe haben) und weniger Wärme zurück ins All reflektieren. Diese Rückkopplungsschleife führt zu einem reduzierten Albedo-Effekt.

Klima und WetterBearbeiten

Die Albedo beeinflusst das Klima, indem sie bestimmt, wie viel Strahlung ein Planet absorbiert. Die ungleichmäßige Erwärmung der Erde aufgrund von Albedo-Schwankungen zwischen Land-, Eis- oder Ozeanoberflächen kann das Wetter beeinflussen.

Albedo-Temperatur-RückkopplungBearbeiten

Wenn sich die Albedo eines Gebietes aufgrund von Schneefall ändert, entsteht eine Schnee-Temperatur-Rückkopplung. Eine Schneeschicht erhöht die lokale Albedo und reflektiert das Sonnenlicht, was zu einer lokalen Abkühlung führt. Wenn sich die Außentemperatur in diesem Gebiet nicht ändert (z. B. durch eine warme Luftmasse), würden die erhöhte Albedo und die niedrigere Temperatur den aktuellen Schnee beibehalten und zu weiterem Schneefall einladen, wodurch sich die Schnee-Temperatur-Rückkopplung verstärkt. Da das lokale Wetter jedoch aufgrund des Wechsels der Jahreszeiten dynamisch ist, führen schließlich warme Luftmassen und ein direkterer Einstrahlungswinkel (höhere Sonneneinstrahlung) zum Schmelzen. Wenn die geschmolzene Fläche Oberflächen mit geringerer Albedo, wie z. B. Gras, Boden oder Ozean, offenbart, kehrt sich der Effekt um: Die dunkler werdende Oberfläche senkt die Albedo und erhöht die lokalen Temperaturen, was zu weiterem Schmelzen und damit zu einer weiteren Verringerung der Albedo führt, was wiederum eine noch stärkere Erwärmung zur Folge hat.

SnowEdit

Die Schnee-Albedo ist sehr variabel und reicht von 0,9 für frisch gefallenen Schnee über etwa 0,4 für schmelzenden Schnee bis hin zu 0,2 für schmutzigen Schnee. Über der Antarktis liegt die durchschnittliche Schnee-Albedo bei etwas mehr als 0,8. Wenn sich ein geringfügig schneebedecktes Gebiet erwärmt, neigt der Schnee zum Schmelzen, was die Albedo senkt und somit zu mehr Schneeschmelze führt, da mehr Strahlung von der Schneedecke absorbiert wird (die positive Rückkopplung der Eis-Albedo).

Gleich wie frischer Schnee eine höhere Albedo hat als schmutziger Schnee, ist die Albedo von schneebedecktem Meereis viel höher als die von Meerwasser. Meerwasser absorbiert mehr Sonnenstrahlung als die gleiche Oberfläche, die mit reflektierendem Schnee bedeckt ist. Wenn das Meereis schmilzt, entweder aufgrund eines Anstiegs der Meerestemperatur oder als Reaktion auf die erhöhte Sonneneinstrahlung von oben, verringert sich die schneebedeckte Oberfläche, und es wird mehr Oberfläche des Meerwassers freigelegt, so dass die Rate der Energieabsorption steigt. Die zusätzlich absorbierte Energie heizt das Meerwasser auf, was wiederum die Schmelzrate des Meereises erhöht. Wie bei dem vorangegangenen Beispiel der Schneeschmelze ist der Prozess des Schmelzens von Meereis also ein weiteres Beispiel für eine positive Rückkopplung. Beide positiven Rückkopplungsschleifen sind seit langem als wichtig für die globale Erwärmung anerkannt.

Kryokonit, pulverförmiger, rußhaltiger, vom Wind verwehter Staub, reduziert manchmal die Albedo auf Gletschern und Eisschilden.

Die dynamische Natur der Albedo als Reaktion auf die positive Rückkopplung kann zusammen mit den Auswirkungen kleiner Fehler bei der Messung der Albedo zu großen Fehlern bei den Energieschätzungen führen. Um den Fehler von Energieschätzungen zu reduzieren, ist es daher wichtig, die Albedo von schneebedeckten Gebieten durch Fernerkundungstechniken zu messen, anstatt einen einzigen Wert für die Albedo über weite Regionen anzuwenden.

Kleinskalige Effekte

Die Albedo wirkt auch auf einer kleineren Skala. Im Sonnenlicht absorbiert dunkle Kleidung mehr Wärme und helle Kleidung reflektiert sie besser, was eine gewisse Kontrolle über die Körpertemperatur ermöglicht, indem der Albedo-Effekt der Farbe der äußeren Kleidung ausgenutzt wird.

Solar-Photovoltaik-EffekteBearbeiten

Albedo kann die elektrische Energieausgabe von Solar-Photovoltaik-Geräten beeinflussen. Die Auswirkungen einer spektralen Albedo werden beispielsweise durch die Unterschiede zwischen der spektral gewichteten Albedo von Solar-Photovoltaik-Technologie auf Basis von hydriertem amorphem Silizium (a-Si:H) und kristallinem Silizium (c-Si) im Vergleich zu traditionellen spektral-integrierten Albedo-Vorhersagen veranschaulicht. Die Untersuchungen zeigten Auswirkungen von über 10 %. In jüngerer Zeit wurde die Analyse auf die Auswirkungen der spektralen Verzerrung aufgrund des spiegelnden Reflexionsvermögens von 22 häufig vorkommenden Oberflächenmaterialien (sowohl von Menschenhand geschaffene als auch natürliche) ausgeweitet und analysiert die Albedo-Effekte auf die Leistung von sieben Photovoltaik-Materialien, die drei gängige Photovoltaik-Systemtopologien abdecken: industrielle (Solarparks), kommerzielle Flachdächer und private Schrägdachanwendungen.

TreesEdit

Da Wälder im Allgemeinen eine niedrige Albedo haben (der Großteil des ultravioletten und sichtbaren Spektrums wird durch Photosynthese absorbiert), haben einige Wissenschaftler vorgeschlagen, dass eine größere Wärmeabsorption durch Bäume einige der Kohlenstoffvorteile der Aufforstung ausgleichen könnte (oder die negativen Klimaauswirkungen der Abholzung). Im Fall von immergrünen Wäldern mit saisonaler Schneebedeckung kann die Albedo-Reduktion so groß sein, dass die Abholzung einen Netto-Kühleffekt verursacht. Bäume beeinflussen das Klima auch auf äußerst komplizierte Weise durch Evapotranspiration. Der Wasserdampf verursacht eine Abkühlung an der Landoberfläche, verursacht eine Erwärmung dort, wo er kondensiert, wirkt als starkes Treibhausgas und kann die Albedo erhöhen, wenn er zu Wolken kondensiert. Wissenschaftler betrachten die Evapotranspiration im Allgemeinen als Nettokühleffekt, und der Netto-Klimaeffekt von Albedo- und Evapotranspirationsänderungen durch Abholzung hängt stark vom lokalen Klima ab.

In saisonal schneebedeckten Gebieten ist die Winteralbedo von baumlosen Gebieten 10 bis 50 % höher als in nahe gelegenen bewaldeten Gebieten, da der Schnee die Bäume nicht so leicht bedeckt. Laubbäume haben einen Albedo-Wert von etwa 0,15 bis 0,18, während Nadelbäume einen Wert von etwa 0,09 bis 0,15 haben. Die Variation der Sommeralbedo in beiden Waldtypen korreliert mit den maximalen Photosyntheseraten, da Pflanzen mit hoher Wachstumskapazität einen größeren Anteil ihres Blattwerks für die direkte Interzeption der einfallenden Strahlung im oberen Kronendach aufweisen. Das Ergebnis ist, dass Wellenlängen des Lichts, die nicht für die Photosynthese genutzt werden, eher in den Weltraum zurückreflektiert werden, als dass sie von anderen Oberflächen tiefer im Kronendach absorbiert werden.

Studien des Hadley Centre haben den relativen (allgemein erwärmenden) Effekt der Albedoänderung und den (kühlenden) Effekt der Kohlenstoffbindung bei der Anpflanzung von Wäldern untersucht. Sie fanden heraus, dass neue Wälder in tropischen und mittleren Breiten tendenziell kühlend wirken; neue Wälder in hohen Breiten (z.B., Sibirien) waren neutral oder vielleicht erwärmend.

WasserEdit

Reflektivität von glattem Wasser bei 20 °C (Brechungsindex=1.333)

Wasser reflektiert Licht ganz anders als typische irdische Materialien. Das Reflexionsvermögen einer Wasseroberfläche wird mit Hilfe der Fresnel-Gleichungen berechnet.

Im Maßstab der Wellenlänge des Lichts ist auch welliges Wasser immer glatt, so dass das Licht lokal spiegelnd (nicht diffus) reflektiert wird. Das Glitzern von Licht auf Wasser ist ein alltäglicher Effekt davon. Bei kleinen Lichteinfallswinkeln führt die Welligkeit zu einer verringerten Reflektivität aufgrund der Steilheit der Reflektivitäts-gegen-Einfallswinkel-Kurve und einem lokal erhöhten durchschnittlichen Einfallswinkel.

Obwohl die Reflektivität von Wasser bei niedrigen und mittleren Lichteinfallswinkeln sehr gering ist, wird sie bei hohen Lichteinfallswinkeln, wie sie auf der beleuchteten Seite der Erde in der Nähe des Terminators auftreten (früher Morgen, später Nachmittag und in der Nähe der Pole), sehr hoch. Wie bereits erwähnt, bewirkt jedoch die Welligkeit eine merkliche Reduzierung. Da vom Wasser spiegelnd reflektiertes Licht den Betrachter in der Regel nicht erreicht, wird Wasser trotz seines hohen Reflexionsvermögens bei hohen Lichteinfallswinkeln üblicherweise eine sehr niedrige Albedo zugeschrieben.

Beachten Sie, dass weiße Wellenkappen weiß aussehen (und eine hohe Albedo haben), weil das Wasser aufgeschäumt ist, so dass es viele übereinanderliegende Blasenoberflächen gibt, die reflektieren und deren Reflexionsvermögen sich addiert. Frisches „schwarzes“ Eis weist eine Fresnel-Reflexion auf.

Schnee auf diesem Meereis erhöht die Albedo auf 0,9.

WolkenBearbeiten

Die Wolkenalbedo hat einen erheblichen Einfluss auf die atmosphärischen Temperaturen. Verschiedene Wolkentypen weisen ein unterschiedliches Reflexionsvermögen auf, wobei die Albedo theoretisch von einem Minimum nahe 0 bis zu einem Maximum nahe 0,8 reichen kann. „An jedem beliebigen Tag ist etwa die Hälfte der Erde von Wolken bedeckt, die mehr Sonnenlicht reflektieren als Land und Wasser. Sie reflektieren mehr Sonnenlicht als Land und Wasser. Wolken halten die Erde kühl, indem sie das Sonnenlicht reflektieren, aber sie können auch als Decken dienen, um die Wärme einzuschließen.“

Albedo und Klima werden in einigen Gebieten durch künstliche Wolken beeinflusst, wie z.B. durch die Kondensstreifen, die durch den starken kommerziellen Flugverkehr entstehen. Eine Studie nach dem Abbrennen der kuwaitischen Ölfelder während der irakischen Besatzung zeigte, dass die Temperaturen unter den brennenden Ölfeuern um bis zu 10 °C kälter waren als die Temperaturen einige Kilometer entfernt unter klarem Himmel.

Aerosoleffekte

Aerosole (sehr feine Partikel/Tröpfchen in der Atmosphäre) haben sowohl direkte als auch indirekte Auswirkungen auf die Strahlungsbilanz der Erde. Der direkte Effekt (Albedo) kühlt im Allgemeinen den Planeten; der indirekte Effekt (die Partikel wirken als Wolkenkondensationskerne und verändern dadurch die Wolkeneigenschaften) ist weniger sicher. Nach Spracklen et al. sind die Effekte:

• Aerosol direkter Effekt. Aerosole streuen und absorbieren Strahlung direkt. Die Streuung der Strahlung bewirkt eine Abkühlung der Atmosphäre, während die Absorption eine Erwärmung der Atmosphäre bewirken kann.
• Indirekte Wirkung von Aerosolen. Aerosole verändern die Eigenschaften von Wolken durch eine Untergruppe der Aerosolpopulation, die Wolkenkondensationskerne. Erhöhte Konzentrationen von Kernen führen zu erhöhten Konzentrationen von Wolkentröpfchen, was wiederum zu erhöhter Wolkenalbedo, erhöhter Lichtstreuung und Strahlungskühlung führt (erster indirekter Effekt), aber auch zu reduzierter Niederschlagseffizienz und erhöhter Lebensdauer der Wolke (zweiter indirekter Effekt).

Schwarzer Kohlenstoff

Ein weiterer albedobezogener Effekt auf das Klima geht von schwarzen Kohlenstoffpartikeln aus. Die Größe dieses Effekts ist schwer zu quantifizieren: Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen schätzt, dass der globale mittlere Strahlungsantrieb für schwarze Kohlenstoff-Aerosole aus fossilen Brennstoffen +0,2 W m-2 beträgt, mit einer Spanne von +0,1 bis +0,4 W m-2. Schwarzer Kohlenstoff ist aufgrund seiner Wirkung auf die Albedo eine größere Ursache für das Abschmelzen der Polkappe in der Arktis als Kohlendioxid.

Menschliche AktivitätenBearbeiten

Menschliche Aktivitäten (z.B. Abholzung, Landwirtschaft und Urbanisierung) verändern die Albedo verschiedener Gebiete rund um den Globus. Die Quantifizierung dieses Effekts auf der globalen Skala ist jedoch schwierig, weitere Studien sind erforderlich, um die anthropogenen Effekte zu bestimmen.