Die komplexen Wechselwirkungen zwischen Biosphäre, Erdkruste, Wasser- und Lufthülle mit ihren dynamischen Eigenschaften, die den Wärmehaushalt der Erde bestimmen, müssen sich letztlich in einer überschaubaren Anzahl weniger strahlungsphysikalischer Parameter niederschlagen, die zugleich auch auf die genannten Hüllen zurückwirken. Für die vorliegende Arbeit wurden strahlungsphysikalische Parameter als Funktion der Höhe in der Tropo- und Stratosphäre durch eine Messsonde an einem Wetterballon gemessen, die anhand des Netto-Strahlungsflusses eine Unterscheidung von drei strahlungsoptischen Domänen des Wärmeaustausches der Erde mit dem Kosmos erlauben. Diese drei Domänen charakterisieren die optische bzw. strahlungsphysikalische Wechselwirkung, in der die Wärmestrahlung mit den Atmosphärenschichten steht; insbesondere konnte damit dokumentiert werden, wie sehr trockene Atmosphärenschichten durch Streuprozesse dominiert werden, während Schichten mit hohem Dampfgehalt zunehmend Absorptions- und Emissionsphänomene zeigen. Der nichtlokale Charakter der Wärmestrahlung, die diese Schichten von der Erdoberfläche bis in den Kosmos durchsetzt, legt jedoch nahe, den Wärmeaustausch der Erde mit dem Kosmos nicht als Epiphänomen lokaler Prozesse und Parameter der Atmosphäre, sondern als Element einer eigenständigen Wärmeorganisation der Erde aufzufassen.
The complex interplay between the biosphere, lithosphere, hydrosphere, and atmosphere – with their dynamic properties governing the planet’s warmth and energy balance – must ultimately be reflected in a manageable number of radiative-physical parameters, which in turn also influence these Earth spheres. In this study, the radiative-physical parameters were measured as a function of altitude in the troposphere and stratosphere using a balloon-borne sensor platform. Analysis of the net radiative flux enabled the distinction of three optical domains that characterize the interaction between terrestrial thermal radiation and different atmospheric layers. In particular, the data demonstrate that very dry atmospheric layers are dominated by scattering processes, whereas layers with high water vapor content increasingly exhibit absorption and emission phenomena. Owing to the inherently non-local nature of thermal radiation – which traverses the atmosphere from the Earth’s surface into space – the exchange of heat between Earth and the cosmos should not be viewed merely as an epiphenomenon of local atmospheric processes and parameters. Instead, it should be understood as an integral component of the Earth’s autonomous thermal organization.
The complex interplay between the biosphere, lithosphere, hydrosphere, and atmosphere – with their dynamic properties governing the planet’s warmth and energy balance – must ultimately be reflected in a manageable number of radiative-physical parameters, which in turn also influence these Earth spheres. In this study, the radiative-physical parameters were measured as a function of altitude in the troposphere and stratosphere using a balloon-borne sensor platform. Analysis of the net radiative flux enabled the distinction of three optical domains that characterize the interaction between terrestrial thermal radiation and different atmospheric layers. In particular, the data demonstrate that very dry atmospheric layers are dominated by scattering processes, whereas layers with high water vapor content increasingly exhibit absorption and emission phenomena. Owing to the inherently non-local nature of thermal radiation – which traverses the atmosphere from the Earth’s surface into space – the exchange of heat between Earth and the cosmos should not be viewed merely as an epiphenomenon of local atmospheric processes and parameters. Instead, it should be understood as an integral component of the Earth’s autonomous thermal organization.