Nettostrahlung wird an der Oberfläche auf Turbulenz, Verdunstung, Boden und Speicherung verteilt.

Nettostrahlung ist der Eingang — die übrigen Flüsse bestimmen, wohin die Energie geht.

Wir übernehmen die bereits in M2K10 eingeführte Oberflächenkonvention: R_n ist positiv als radiativer Energiegewinn der Oberfläche, H und LE sind positiv nach oben in die Atmosphäre, G ist positiv in den Untergrund. Der verbleibende Speicherterm S ist positiv, wenn die betrachtete Oberflächenzone Energie aufnimmt.

Damit ist S kein zusätzlicher frei wählbarer Grenzfluss, sondern die Bilanzrestgröße:

H, LE und G konkurrieren um dieselbe verfügbare Energie.

Eine trockene, warme Oberfläche kann einen großen Anteil der Energie als sensible Wärme H an die Luft abgeben. Bei feuchten Oberflächen kann LE dominieren, weil Verdunstung Energie verbraucht. Ein Teil der Energie fließt außerdem in den Untergrund oder wird aus ihm zurückgeführt.

Im Lab werden diese Prozesse bewusst noch nicht aus Temperatur-, Feuchte- und Turbulenzgradienten berechnet. Stattdessen dienen dimensionslose Koeffizienten f_H, f_LE und f_G als transparente Aufteilungsparameter:

Wechselt R_n im Lehrmodell nachts das Vorzeichen, wechseln dadurch auch H, LE und G formal ihre Richtung. Das ist eine Folge der proportionalen Bilanzschließung und keine Behauptung, dass reale nächtliche sensible, latente und Bodenflüsse stets im gleichen Verhältnis umkehren.

Der Rest f_S=1−f_H−f_LE−f_G ist der Speicheranteil. Ist f_S<0, liefern Oberflächenspeicher beziehungsweise andere nicht aufgelöste Reservoire die Differenz. Die Koeffizienten sind daher Bilanzparameter, keine universellen Naturkonstanten.

Der Tagesgang von R_n wechselt zwischen solarem Überschuss und nächtlichem Strahlungsverlust.

Für das Lehrmodell wird R_n nicht erneut aus K↓ und L↓ berechnet, sondern als einfache Tagesfunktion vorgegeben. Während der Tageslichtdauer D folgt die Nettostrahlung einer positiven Sinushalbwelle mit Maximum R_max; außerhalb dieses Intervalls gilt ein konstanter nächtlicher Verlust −R_night.

Mit t_sr=12−D/2 und t_ss=12+D/2 ist der Strahlungstag symmetrisch um lokalen Mittag. Das ist eine absichtliche Idealisierung; M7K2 behandelt die reale Solargeometrie detaillierter.

Ein Energieüberschuss verändert erst über eine Wärmekapazität die Temperatur.

Der zeitlich integrierte Speicherterm liefert eine Flächenenergie ΔE_sfc. Mit einer effektiven flächenbezogenen Wärmekapazität C_A kann daraus eine diagnostische Temperaturänderung abgeschätzt werden:

C_A repräsentiert hier nur ein lumped surface reservoir. Es ist noch kein Bodenmodell. M7K5 führt thermische Trägheit und Bodenwärmestrom physikalisch weiter.

Den 24-h-Energiefluss und seine Aufteilung als geschlossenes Buchhaltungssystem untersuchen.

Das Lab variiert Strahlungsmaximum, nächtlichen Verlust, Tageslänge, die drei Aufteilungskoeffizienten, die effektive Wärmekapazität und die Tageszeit. Alle Flüsse verwenden dieselbe Vorzeichenkonvention wie M2K10.

Das Bowen-Verhältnis beschreibt, wie sich turbulente Energie zwischen H und LE aufteilt.

Als kompakte Diagnose wird häufig das Bowen-Verhältnis verwendet:

Im reduzierten Lab ist damit β=f_H/f_LE, solange f_LE>0. β>1 kennzeichnet eine sensible-dominierte Aufteilung, β<1 eine latent-dominierte. Das Verhältnis sagt allein noch nichts über die Prozessursache aus: Bodenfeuchte, Vegetation, Turbulenz und atmosphärische Feuchte werden erst in späteren Kapiteln explizit behandelt.

Momentanwerte und Tagesenergie beantworten unterschiedliche Fragen.

Ein positiver R_n-Wert am Mittag sagt noch nicht, wie groß der gesamte Tagesüberschuss ist. Das Integral über 24 Stunden hat die Einheit Energie pro Fläche. Für die idealisierte Strahlungsfunktion des Labs ist es analytisch bestimmbar:

Damit lassen sich Tageslänge, maximale Einstrahlung und nächtlicher Verlust direkt als konkurrierende Beiträge vergleichen.

Feste Aufteilungskoeffizienten sind Bilanzdiagnostik, keine Prozessphysik.

In der Realität reagieren H und LE auf turbulente Austauschkoeffizienten, Temperatur- und Feuchtegradienten, Vegetation, Bodenfeuchte und Stabilität. G hängt von Wärmeleitfähigkeit, Temperaturprofil und thermischer Trägheit des Bodens ab. Die Proportionalität zu R_n im Lab ist deshalb nur ein transparentes Lehrmodell.

Auch die Sinushalbwelle für R_n ignoriert Wolken, exakte Solargeometrie und die zeitliche Asymmetrie realer Oberflächentemperaturen. Genau diese Prozesse werden in M7K5–K8 schrittweise aufgelöst.

Die Lab-Kategorie „Speicherterm nahe null“ verwendet ausschließlich für die Anzeige die Schwelle |S|<5 W/m². Die Energiebilanz selbst ist algebraisch für jeden Reglerzustand exakt geschlossen.

Die Oberflächenenergiebilanz verbindet Strahlung mit Grenzschicht, Wasserhaushalt und Boden.

Cross-References