Vorlesung 1 Flashcards
Wie entwickelte sich die Definition für das Wort KLIMA?
- 1831 von HUMBOLDT zunächst auf den Menschen bezogen
- KÖPPEN 1923 Mittelwerte betont synthethische und analytische Betrachtung
- Ortsbezug
- Zusammenfassung von Witterungen
- GEIGER 1960 Hinweise auf Mittelwerte und Extrema
- meterologische Einzelvorgänge
- Sondererscheinungen
- BLÜTHGEN/WEISCHET mittlere, häufigste und extreme Ereignisse sowie Raumbezug
- Raum
- atmosphärische Zustände und Witterungsvorgänge
- längere Zeitraumes charakterisitsche Verteilung
Def.: Wetter
augenblicklichen Zustand der Atmosphäre, gekennzeichnet durch die meteorologischen Elemente Luftdruck, Lufttemperatur, Wind, Bewölkung, Niederschlag und Strahlung.
Def.: Witterung
eine Periode mit ähnlichen Wetterabläufen bei unveränderter Großwetterlage über einen Zeitraum von mindestens einigen Tagen bis höchstens wenigen Wochen.
Def.: Klima
angfristige Aspekt des Wetters. Die Elemente, die beim Klima betrachtet werden, sind die gleichen wie beim Wetter. Die Periode, die zur Charakterisie- rung des meteorologischen Regimes verwendet wird, sollte ausreichend lang sein, um statistisch abgesicherte Angaben der verschiedenen Parameter (Mittelwert, Häufigkeit, Extreme usw.) zu geben
Erdrotation
Rotation der Erde um die eigene Achse
Erdrevolution
Eine Revolution um die Sonne dauert 1 Jahr
Ekliptik
Erdbahnebene
Schiefe zur Ekliptik
Zurzeit 23.5°
Sonnentag
ca. 24h
Sterntag
23h 56 min 3,4 s
Def.: Präzession
Variation der Eintrittszeitpunkten von Perihel (sonnennächster Punkt) und Aphel (sonnenfernster Punkt) der Erbahn (Periode ca. 25.700 Jahre)
Obliquität
Veränderung der Neigung der Kreiselachse der Erde zur Ebene der Ekliptik zwischen 22° und 25,5° (Periode 41.000 Jahre)
Exzentrität
Schwanung der Erdumlaufbahn zwischen einer eher kreisförmigen und einer eher elliptischen Form (Periode ca. 95.000 Jahre)
Solstitium
- Dezember und 21. Juni
EInstrahlunsmaximum
Äquinoktien
- März und 23. September
der Tag geht in allen Teilen der Erde 12h
bürgerliche Dämmerung
(lesen im Freien) bis 6,5° unter Horizont 26 min später
astronomische Dämmerung
volles aufleuchten der Sterne
17-18° unter Horizont
Diffusion und Konvektion
D: Durchmischung zweier Stoffe
K: Mitführung von thermischer Energie, als auch eine Strömung als Folge eines Wärmestroms
Energiemenge
hängt ab von de Erngieinhalt der Sonnenstrahlung
dem Einstrahlungswinkel
der Beleuchtungsdauer
Solarkonstante
Wert = 1,36 kW/m2
mittlere Entfernung von Sonne und Erde pro Zeit und Flächeneinheit auf eine Fläche trifft
Enstpricht der Energiemenge Eisschicht von 1cm Dicke in 40 Minuten zu schmelzen weitere 50 Min sieden und 270 verdampt
Wert schwankt aufgrund der elliptischen Kreisbahn der Erde von 1,32 auf 1,48 kW/m2
Energiemenge - Abhängigkeit vom Einstrahlungswinkel
S1 = S0*SIN(h)
S1 = S0*COS(z)
Mittagshöhe ausrechnen
h = 90° - (φ (+-) α)
φ = geogr. Breite
α = Deklination
h = 90° - (50° + 23½°) Mittagssonnenstand der SOnne bei 50°N am 21. Dezember
Reihenfolge der Atmosphären
Die Troposphäre
- ist die Schicht des Wettergeschehens
- enthält ¾ des gesamten Volumen der Luftmasse
- Mächtigkeit von 8 km (Polargebiete) und 16 km in den Tropen
- enthält fast den gesamten atmosphärischen Wasserdampf
- zeigt in der Regel eine Temp. abnahme mit der Höhe
- zeigt zonale und jahreszeitliche Veränderungen
- bildet häufig eine Grundschicht
selektive Absorption
ergibt sich der natürliche Treibhauseffekt
ohne T = -18°C
mit T = +14° C
Methan CH4
Natürliche Quellen: max 310 Tonnen/Jahr
Anthropogene Quellen: max 460 Tonnen/Jahr
Senken: chemeische Abbabau durch OH-Radikale
Abbau in der Stratosphäre insgesamt 550 Tonnen/Jahr
Treibhausgase
Zunahmevon Mittelwert und Streuung
Hauptsatz der Thermodynamik
U = Q + W
U = innere Energie
Q = Wärme
W = Arbeit
innere Energie ist im geschlossenen System konst.
Solare Strahlung
Strahlung transportier Energie
1 J = 0,239 cal
Des elektromagnetische Spektrum
Schwarzer Strahler
absorbiert vollständig alle auftrefenden elektromagnetischen Strahlung. Er emmitier mit maximal möglicher Strahlungsintensität.
Im Bereich der mittleren+fernen Infrarot verhalten sich natürliche Oberflächen annährend wie ein schwarzer Strahler
Wien’sche Verschiebungsgesetz
beschreibt die von einem schwarzen Körper abgegebene Strahlungenergie
Kurven beschreiben die Verteilung der Energie auf die verschiedenen Wellenlängen
Fläche unter den Kurven beschreibt die abgestrahlte Energie
Die Lage des Emissionsmaximums verschiebt sich mit steigenden Temp. zu immer kuurzeren Wellenlängen
lambda max = 2898 µm • K / T
Absorption
Strahlung wird absorbiert und diffus reflektiert
Reflexion
difuse Refelktion, eine Ablenkung oder Umlengkungder Strahlung an Molekülen und Partikeln in jede Richtung
Stefan-Boltzmann-Gesetz
Abstrahlung der Flächeneinheit und pro Zeiteinheit ausgestrahlte Energie ist proportional zu der 4. Potzen von der Temperatur. (Kelvin)
E = σ•T4
doppelte Temp. = 16-fache Ausstrahlung
Kirchhoffsches Gesetz
… ist die Gesetzmäßigkeit, welche die Vorgaben zur Emission von Stefan & Boltzmann zum idealen schwarzen Strahler auf die realen Verhältnisse in der Natur umbricht.
E = ε• σ•T4 mit σ =0,567•10-10 [kW/m2 •K4]
ε = Emissionskoefizient schwankt nach Material
natürliche Materialen zwischen 0,80 - 0,99
nicht natürliche Materialien haben einen deutlich nierdrigeren Wert
Def.: Albedo
beschreibt den Anteil an einfallender solarer Strahlung, den die entsprechende Oberfläche wieder zurück reflektiert
Qutotient aus refletierter und zugestrahlter solarer Strahlung
Die Reflexion ist anisotrop d.h. richtungabhänhig und sie ist wellenlängen und oberflächenabhängig
Ein schwarzer Körper absorbiert unabh¨nagig vom Strahlungsbereich 100% der Strahlung. Eine Oberfläche die 40% der Strahlung reflektiert hat eine Albedo von 0,4
Temp. ist oberhalb von Oberflächen mit niedriger Albedo höher. Wird durch Diffusion und Konvektion erwärmt.
Bild:
Transmission Absorption Streuung Refelxion
Trasmission ist der Strahlungsanteil, der ohne Veränderung auf der Erdoberfläche ankommt.
Auch bei wolkenverhangenem Himmel kommt das gesamt Strahlungsspektrum an der Erdoberfläche an
Reflexion und Streuung ist der Anteil der Strahlung der in der Atmosphäre oder an Oberflächen auf der Erde ohne Veränderung der Wellenlänge reflektiert oder gestreut wird
Wieso ist der Himmel Blau?
Rayleigh Streuung an Luftmolekülen
Die Wellenlängenabhängigkeit der Streuung verstärkt die Streuung kurzer Wellenlängen und sort so für den blauen Himmel. Die Streuung ist bei 400 nm 9,4 mal stärker als bei 70 nm
Mie Streuung, Lorenz-Mie-Streuung oder diffuse Streuung
Streuung elektromag. Wellen an Objekten deren Durchmesser etwa der Wellenlänge der Strahlung entspricht. Diese Streuung ist wellenlängen-unabhänigig: Objekte erscheinen weiß
Absorption Emission
Energie wird absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt.
Strahlungsbilanz S
S = I + H + R + E + A
I = direkte Strahlung
H = diffuse Strahlung
I+H = Globalstrahlung
R = reflektierte Strahlung
E = Emission der Erdoberfläche
A = Atmosphärische Gegenstrahlung
Die Strahlungsbilanz im System Erde Abbildung
Haupteinnahme kommt aus dem Weltraum (Sonne)
Hauptausgabe an der Obergrenze der Atmosphäre
Merksatz Strahlungsbilanz
Die regionale und vertikale Differienzierung der Strahlungsbilanz auf der Erde bedingt horizontale und vertikale Energieflüsse zum Ausgleich dieser Unterschiede. Diese Energieflüsse sind der Motor für unser Wettergeschehen.
Energiebilanzierung
±S±L±v±B(±A)=0
anthropogener Wärmestrom häufig in B subsomiert
Strahlungsbilanz S = positiv oder negativ
fühlbare Wärme (L) = Wärmetransport durch Konvektion
latente Wärme (V) = Kondensation und Verdunstung
Bodenwärme (B) = kw
Die verschiedenen Energiebilanzterme kompensieren sich im Laufe des Tages
Energiespeicherung im Boden
Wärmeleitfähigkeit λ
W/mK = Energie, die den Boden vertikal pro m2 Horizontalfläche und pro Sekunde durchfliesst, wenn der Temp. genau 1 K/m beträgt.
Wärmekapazität C
J/Km3
Energie die benötigt wird, um einen Kubikmeter Boden um 1 K zu erwärmen
Spezifische Wärmekapazität c
Energie (J), die benötigt wird, um ein Kilogramm Boden um 1 K zu erwärmen.
Messung der Lufttemp. (Wetterhütte)
2m über Grund, kurzgeschorener Rase, belüftet, weiß gestrichen, Ausgestattet mit Standardinstrumentierung, nach N geöffnet
Thermograph bzw. Thermohygrograph (Messung der Lufttemp und der relativen Luftfeuchte
Hütten-Psychrometer
Minimum- und Maximum-Thermometer
echte Lufttemp.
Mannheimer Stunden = (7+14+2*21)/4 (Deutschland)
(Min+Max)/2 (Frankreich USA)
Uhrzeiten plus doppelte Wertung der Nachstunde zur Ersparnis in der Nacht noch einmal zu messen
fühlbare Wärme
Zwei Objekte mit unterschiedlichen Temp. vom wärmeren zum kühleren Objekt Energie transportiert. Der Transport kann durch Konvektion (vertikale Luftbewegung) entstehen
latente Wärme
Kann nicht mit Thermometer gemessen werden. DIe Energie wird aufgenommen und gespeichert.
Does geschieht in Form von molekularer Bewegung, immer dann wenn eine Substanz den Aggregatszusatand wechselt.
Frostberegnung
Im Obst und Weinbau. Durch die Beregnung wird die im flüssigen Wasser gespeicherte latente Energie frei gesetzt. Das Wasser gefriert und die Umgebungstemp. steigt.
Die Methode funktioniert nur bei keinen starken Winden, da ansonsten das Wasser verdampfen würde und somit 2450 J/g Energie benötigt
Aggregatzustände Wasser
Dampfdruck
Partialdruck des Wasserdampfes am gesamten Luftdruck. Wird in der selben Dimesion angegeben wie der Luftdruck. Er kann aus der psychromatischen Differenz der Trocken TT und Feuchttemperatur berechnet werden.
Merke: Dampfdruck ist in erster Linie von der Lufttemp. abhängig.
Relative Feuchte
ist das Verhältnis der tatsächlichen Luftfeucht zu derjenigen, die bei der realen Temp max. möglich ist.
Diesen Unterschied nennt man Sättigungsdefizit
Die relative Luftfeuchtigkeit vergrössert sich mit abnehmender Temp. und gleichbleibendem Damfdruck.
Die Temp, bei der erstmal RH=100% erreicht wird, ist die so genannte Taupunkttemp. DT
RH = e/E
e = Dampfdruck
E = Sättigungsdampfdruck
Kühlt sich die Temp. ab erhöht sich die relative Feucht, da sich der Sättigungsdamofdruck verkleinert und somit der vorhandene Dampfdruck Prozentual steigert
Unterschied relative Feuchte und absolute Feuchte
die relative Luftfeuchte gibt für die aktuelle Temp. und den aktuellen Druck das Verhältnis des momentanen Wasserdampfgehaltes zum macimal möglichen Wasserdamfgehalt an.
Die absolute Luftfeuchtigkeit oder auch Wasserdampfdichte oder Damofdichte ist die Masse des Wasserdampfs in einem bestimmten Luftvolumen.
Messgrößen der Luftfeuchte
Michungsverhältnis m g H2O/kg trockene Luft
Spezifische Feuchte g H2O/kg feuchte Luft
Absolute Feuchte a g H2O/m3
Taupunkttemp. DT °C
Mischungskondensation
Durch Mischung zweier wasser- dampfgesättigter Luftmassen unter- schiedlicher Temperatur (T1, T2) kommt es zur partiellen Konden- sation von Wasserdampf.
Wolkenarten
Was erzeugt vertikale und horizontale Austauschprozesse in der Atmosphäre
unterschiedliche Energieflüsse
Was sind vertikale Austauschprozesse?
erzwungene Hebung/Absenkung an Hindernissen (Gebirge)
Abkühlung in der Höhe (Zufuhr kalter Luft in Höhe)
Erwärmung an der Basis (Absorption solarer Strahlung)
Konvergenz (Tiefdruck) oder Divergenz (Hochdruckgebiet der Luft
–> Stauniederschläge WIndböen Föhn Gewitter
Adiabatische Prozesse
sind Prozesse von Volumenänderungen einer Gasmenge ohne Wärme- bzw. Energiezufuhr bwz. Abgabe in die Umgebung
Kernaussage: Kompression bewirkt Erwärmung, Expansion Abkühlung
trockenadiabatisch 1k/100m
feuchtadiabatisch <1K/100m
Feuchtadiabatisch/Trockenadiabatisch
F:
Beim Aufstieg eines Luftpaketes in höhere Schichten der Atmosphäre kühlt dieses zuerst trockenadiabatisch um ΔT = 1 K/100m ab. Wird eine RH von 100% (= Taupunkt) erreicht und wird beim weiteren Aufstieg des Paketes die Luft weiter abgekühlt, dann wird ab Erreichung des Kondensationsniveaus (RH = 100%) durch die Kondensation des überschüssigen Wassers Wärmeenergie freigesetzt. Diese Energie reduziert die Abkühlung in Abhängigkeit von Druck und Temperatur des Ausgangsniveaus auf feuchtadiabatische Werte um ΔT ≈ 0,5K/100m (siehe Tabelle). Umso wärmer die Luft und umso niedriger die Höhe, desto schneller ist der Prozess.
T:
Ensteht dadurch, weil mit zunehmender Höhe der Luftdruck singt und so der Luft erlaubt sich auszudehnen.. DIe luftmoleküle sind weiter voneinander entfernt und bewegen sich weniger schnell. Die fühlbare Energie sinkt.
Materie als auch Energie bleibt in diesem Prozess erhalten.
Der Föhn
Schichtungszustand
- stabil
wenn ein Luftquan-
tum beim Aufstei-
gen in eine neue
Umgebung
kühler wird als
die dort vorhandene Luft - labil
wenn ein Luftquantum beim Aufstei- gen in eine neue Umgebung wärmer wird als die dort vorhandene Luft. - indifferent
wenn die Luft gleiche Temo annimmt wie die Umgebung
Umrechungsfaktor Fahrenheit Celsius
F = 9/5C + 32°
C = 5/9(F-32°)
Def.: Insolation
Insolationist der Einfall der Sonneneinstrahlung damit einher geht die diffuse als auch die direkte Sonneneinstrahlung
Temperaturverlauf in der Atmosphäre
Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre wurde aufgrund des Tempunterschieds festgelegt.
Tropopause liegt über den Polen am niedrisgten ca. 9-10 km. Die Temp. sind an der Tropopause am Äquator viel niedriger, da hier der Temp.Gradient gleich ist wie an den Polen und die Troposphäre wesentlich mächtiger
und oberhalb der Tropen am höchsten 17 km
Troposphäre
- unterste Schichte der Atmosphäre
- alle Erscheinungen des Wetters
- enthält Wasserdampf
- enthält Staubteilchen vom Boden
- trägt zur Morgen und Abenddämmerung bei und zu roten Himmelsfarben
- Dienenals Kerne für die Kondensation von Wasserdampf und sind damit mit verantwortlich für Regen
Stratosphäre
- ca. 15 km Höhe (hängt vom Ort ab)
- Enthält kein Staub und kein Wasserdampf deswegen keine Wolkenbildung
- Temp. nimmt zu
Mesosphäre und Mesopause
Temp. nimmt in der Mesosphuare kontinuierlich ab. Bis -80°C
Thermosphäre
- Luft ist sehr dünn
- herrschen hohe Temp.
- allerdings wenig Energie aufgrund der dünen Luft
Druckabnahme pro Meter
alle 275 M Druck 1/30 des urspünglichen Wertes ab.
Messung der relativen Feuchte
Relative Feuchte (Indikatpor verhältnis von absouluter Sättigung zu vorhandenem Wasserdampf)
Hygrometer–> Haarsträne verlängert und verkürzt
Schleuderpsychrometer –> 2 Thermometer eines mit feuchtem Messpunkt das andere trocken. Wenn relative Feuchte 100% dann verdunstet kein Wasser –> die Temp. ist gleich
Aspirationspsychrometer –> mit Gebläse ausgestattet
Welche großen Wolkenklassifikationen gibt es?
Zunächs nach Form: Stratus(Schichtwolken) und Kumulus (Haufenwolken)
4 Wolkenfamilien: 3 sind durch ihre Höhenlage gegliedert. Die vierte Gruppe Gruppe der Wolken ist die Kumulusgruppe welche sich in vertikaler Richtung ausdehnt.
Stratuswolken
bilden Decken
erstrecken sich über große Gebiete. Reräsentieren (Organsisieren) labile Luftschichten . Kondensation findet über ein großes Gebiet ab.
Können große Mengen an Schnee oder Regen liefern.
Kumuluswolken
bilden runde Formen
Sie repräsentieren blasenförmige Pakete wärmerer Luft, die aufsteigen weil ihre Dichte geringer ist. Der Niederschlag ist auf kleine Gebiete konzentriert.
Erstreckt sich über mehrere Höhenlagen
hohe Wolken
6-12km Höhe
Wolken bestehen aus Eiskristallen
Zirrus (Ci)
dünne, federförmige Wolke, lässt Licht von Sonne und Mond nahezu ungehindert durch. Bewegen sich vom Boden betrachtet sehr langsam allerdings trügt dieser Schein. Tatsächlich zeigen sie das Vorhandensein eines Jetstreams an.
Zirrostratus (Cs)
flächendeckende Zirruswolken
Zirrokomulus (Cc)
WIrd verwendet, wenn es sich um eine Häufung handelt. Schäfchenwolken.
mittlere Wolken
2-6 km Höhe
Altostratus
deckenförmige Wolke, oft über gesamtem Himmel, meistens Grau, glatte Unterseite. Heller Fleck ist Position der Sonne.
Zeigt das herannahen von einer Niederschlagsperiode an.
Altokumulus
ist eine Schicht aus einzelnen Wolkenmassen. normalerweise gutes Wetter.
nierdige Wolken
0-2 km
Stratus (St)
dichte, niedrige dunkelgraue Wolkenschicht.
Nimbostratus
heißt die Stratuswolke wenn Regen fällt.
Stratokumulus
ist eine niedrige Wolkenschicht mit voneienander getrennten massigen Wolken mit Durchblicken zu hohen höhen. Bilden manchmal lange Walzen Quer zur Windrichtung. Treten häufig mit freundlichem klaren Wetter auf, allerdings sind kurze schauer möglich
Kumulus
SInd höher als Breit, weiße massige Haufenwolken
Kumulus (Cu)
Kumulusnimbus (Cb)
Die Gewitterwolke, starker Regen; von Seite weiß von unte schwarz grau;
Nimbostratus (Ns)
Cumulus congestus
Vergrößtere Kumuluswolken
Voraussetzungen für Niederschlag
Niderschlagsentstehung: Abkühlung
Wassersättigung der Luft (RH = 100%; TLuft = TTaupunkt
Phasenübergänge: Kondensation und Gefrieren
Wachsen der Wassertröpfchen und Eispartikel
Nebeldbildung
Transport von Luft über eine kältere Unterlage
Def.: Konvergenz
bezeichnet in der Meterologie den Vorgang eines horizontalen Massenzuflusses in ein Gebiet relativ niereigen Luftdrucks
es entstehen advektive Niderschläge
advektive Niederschläge
AN ist an die Entstehung von dynamischen Tiefdruckgebieten gekoppelt. Diese T bilend sich außerhalb von den Tropen, in dem sich kalten polaren Luftmassen und die warmen subtropischen Luftmassen miteinander vermischen.
Da unterschiedliche temperierten Luftmassen unterschiedliche Dichten habe, bilden sich Wirbel aus.
Diese Wirbel (Tiefdruckgebiete, Zyklonen) entwickeln sich dynamisch und werden aufgrund des Westwinddrift nach Osten , also vom Atlantik nach Europa verlagert.
An einer flacher geneigten Warmfront gleitet großerflächig warme Tropikluft auf polare Kaltluft
Cirrus –> Cirrostratus –> Altostratus –> Stratus –> Langanhaltender Landregen
Tröpfchengröße 1-2 mm
kovektiver Niederschlag
typisch für sommerliche Gewitter –> Luft erwärmt sich und kühlt beim Aufstieg ab und regnet dann ab.
Ist abhängig von Energie am Boden
Dunkle Oberflächen begünstigen Konvektion.
An den Tropen ist die Konvektion am höchsten –> inntertropische Konvektion(ITC) wird zusätzlich durch die NE und SE Passate unterstützt.
Esn entstehen Cumulonimbuswolken
5-10 mm
Orographischer Niederschlage Entstehung
enstehen, wenn Luftmassen gegen ein Gebirge treffe und gezungen werden, es zu überströmen.
Luv–>angströmte Gebirgsflanke
Lee–>Abstromrichtung gelegene Flanke
- trockenadiabatisch
- sobald Kondensationsniveau erreicht–> feuchtadiabatisch (latente Energie)
- Tropfengewicht>Auftriebskraft==>Regen
- Da ausgeregnet trockene Luft
- sinkt trockenadiabatisch ab
Tröpfchenbildung
Nierderschlag fällt. wenn Tropfen nicht gegen die Schwerkraft in Schwebe gehalten werden können.
Anlagerung an Kondensationskernen (Aerosole, Staub, Salze, Kristalle
Bergeron-Findeisen-Prozess (Tropfen wachen über das Zwischenstadium Eis, das beim Fallen schmilzt
Kollisionstheorie (koagulation durch Kollision)
Absorptionstheorie (Bei Vertikalbewegung erfolgt Absorption kleiner Tropfen (=Koaleszenz, das Zusammenflißen von Wolken und Regentröpfchen)
Koaleszenz
das Zusammenfließen von Wolken- oder Regen- tröpfchen, sobald diese sich berühren.
wesentlicher Prozess für die Bildung von Niederschag in waremen, d.h. über 0°C warmen Wolken.
Niederschlag Rekorde
Landregen dauer
<6h
Dauerregen
> 6h und > 0,5 mm/h
starker Dauerregen
> 6h und > 1mm/h
Raureif
Bei Dauerfrost gefrieren Nebeltröpfchen und lagern sich an Grashalme, Zweige usw.
Messfehler bei Regenmessung
Niederschlagsart konvektiv
kleinflächig
Niederschlagsart advektiv
großflächig
Flachlandreleif ~ 1000 km2
Mittelgebirge <100-300 km2
Hochgebirge <1 - 10 km2
Durchscnittliche Niederschlagsgröße Deutschland
ca. 770 mm/a
Abnhame von Ost nach West
Windrichtung bei verschiedenen Druckgebieten
Wind geht von Hoch zu Tief
Luftbeweugungen
Wenn Luft erwärmt wird konvergiert sie. Flueßt also zusammen. Dies führt in Zusammenfluss zu Aufwinden
In den oberen Luftschichten divergiert sie. Fließt also auseinander, und sinkt schlißlich zu Boden.
Über Tag wärmen sich z.B. Landgebiete stärker auf, asl das Meer. es entsteht ein Luftdruckgradient von Land zum Meer. Der WInd weht in Richtung Land. Über Nacht kühlt sich das Land schneller ab, was zu einem umgekehrten Gradienten führt. Der WInd weht in Richtung Meer.
Von was ist Verdunstung abhängig?
Differenz zwischen dem Dampdrcuk an der Oberfläche und dem der obeflächennahen Luft (Sättigungsdefizit)
der and der Oberfläche zur Verfügung stehenden Energie
der Menge des in der LUft abtransportierten Wasserdampfes
der Menge des an der Oberfläche vorhandenen oder dorthin transportieren Wassers (Wasserdargebot)
Evaporation
abiotische Obferflächen
Transporation
Verdampfung oberhalb der Vegetation
Evatranspiration
Beide Teilprozesse Evaporation und Traspiration vereint.
Unterscheidung ziwschen potenziell Evapotranspiration (Wasserverbracuh einer Standart Grasvegetation im aktiven Wachstumsstadium bei optimaler Wasserversorgung) und der aktuellen Evatranspiration (tatsächlich erfolgenden Verdunstungsverlust bei den vorherrschenden lokalek Gegebnehiten)
Physikalische Evatranspiration
Brown’schen Molekularbewegung. So starke Energiezufuhr, dass Wassermoleküle aus dem Flüssigkeitsverband diffunieren können. Überwinden Van-der-Vaals-Kräfte
Meterologische Vorgänge Evatranspiration
Vertikale (konvektive Bewegungen ergeben sich aus der Strahlungsenergie der Sonne.
BOWEN-Verhältnis (latente Wärme zu fühlbarer Wärme)
advektive also Horizontale Luftbewegung ergeben sich aus Luftdruckdifferenzen
Berechung der Potentiellen Evatranspiration
HAUDE-Gleichung dient dazu, potientielle Tagesverdunstung für verschiedene Landnutzungskarten zu berechnen. Genauste Berechnung im Vergleich
THORNTHWAITE
TURC
Piche Evaporimeter
Papierscheibe dient als Verdunstungswiderstand
Class A-Pan
Messung durch Volumen- bzw. Massenänderung
1,14 m2
Liefern nur Schätzwerte.
Der sogenannte Oasenefekt ist eine mögliche Fehlerquelle. DUrch zu kline Flächen erfolgt ein rascherer Wasserumsatz.
Lysimeter
ungestörte Bodenmonolithe, die bewachsen sind, durch natürliche Niderschläge bewässert. Das durchsickernde Wasser wir im Boden aufgefangen und gemessen. Aus Differenz zwischen Niederschlagsertrag, Bodenwasseränderung und Versickerung wird die aktuelle Evatranspiration gemessen.
Aneroid Barometer
Messung ohne Flüssigkeit
Luftdruck unter Normalbedingungen
p = 1013 hPa
bei 0m NN
Temp. von 0° C
Normalschwere 45° n. oder s. Br.
Die Abnahme des Luftdrucks verläuft nicht linear
Berg-Tal-Windsysteme
Tags Hangaufwind: Fels wärmt sich auf; Luft steigt auf; es entsteht ein Tiefdruck. im Tal kühler: Wind weht Hangaufwärts. in der Nacht kühlt der Fels schneller ab es entsteht ein Hochdruck==>Wind weht nach unten.
Tagsüber Tal-Bergwind
Nachts Berg-Talwind
Konvergenz Divergenz bei Windsystemen
thermisch induzierte Druckgebilde
Ferrel’sche Druckgebilde
Monsuntief über Himalaya
Winterliche Kältehochs über Sibirien und Kanada
Druckgradient und Gradientenkraft
Druckgradient = Druckdifferenz / Distanz = horizontaler Luftdruckgradient.
Corioliskraft
ist eine ablenkende Kraft.
Alle Bewegungen auf der Erde sind dieser Kraft ausgesetzt. Flüsse unterspülen mehr das recht als das linke Ufer auf der Nordhalbkugel. Die Mitführgeschwi. ist am Äquator am größten.
Ein Wind der vom Äquator nach Norden weht gelangt in Gebiete, die sich langser um die Erdachse drehen. itführgeschgwind ist geringer. Mit hoher Roationsgeschw., eilt der WInd der Erddrechung voraus und wird nach Osten abgelenkt.
Nordhalbkugel immer Ablenkung nach rechts.
Südhalbkugel immer nach links.
Scheinkraf, welche im ruhenden Bezugssystem nicht orhanden ist.
geostrophischer Wind
ist ein isobarenparalleler, reibungsfreier Höhenwind, der keinen Druckausgleich herbeiführen kann.
Gleichgewicht von Gradientenkraft und Corioliskraft.
ageostrophischer Wind
oder Reibungsiwnd ist ein bodennaher WInd, der Druckausgleich herbeiführen kann.
Was besagt das Buys’Ballot’sche Gesetz
Wenn man im nOrden mit dem Rücken zum WInd steht, dann liegt das Gebiet des niedrigeren Luftdrucks links und das mit höherem Luftdruck rechts.
PFZ
Diese planetarische Frontalzone ist eine Zone maximaler Druckgradienten zwischen polarer Kaltluft und tropischer Warmluft. Dies führt zur Aus- bildung von Strahlströmen (Jet Streams), die in der höheren Atmosphäre der Mittelbreiten mit Geschwindigkeiten von 100 – 500 (600) km/h wehen.
Die PFZ verläuft da wo sich die Isobaren verdichten.
Westwindzonenverlauf
Wird durch orographische Hindernisse (Alpen, Himalaya, Rocky Mountains als auch thermischen Druckgebilden modifiziert.
DIe Höhenströmung bildet Mäander und varriert bis hin zu einer blockierenden Situation.
Planetarische Zirkulation
- Polares Hoch
- Frontalzone
- Subtropische Hochdruckgürtel
- Passatw
*
Ryd-Scherhag-Effekt
Durch Veränderung des Druckgradienten verändert. Aufgrund der Massenträgheit wird eine geostrophische Strömung in einem mit sich änderndem Luftdruckgradienten erst zeitverzögert erreicht. ==> Kurze Zeit nicht parallel zu den Isobaren. Luft fällt ab oder steigt auf.
Unterschied thermisch iduzierten und dynamisch induzierten Druckgebeilden
TID: gegensätzliche Druckgebilde
DIZ weist der Luftdruck durch alle Schichten der Atmosphäre die gleichen bzw. ähnliche Druckverhältnisse auf.
anti- und zyklonal
Ein Zentrum mit niedrigem Druck nennt man Zyklon eines mit hohem Luftdruck antizyklonal.
Kaltfront Warmfront
Kaltfront Dreiecke
Warmfront Halbkreise.
Entwicklungsstadien außtertropischen Zyklone
Wetter beim Durchzug einer Polarfrontzyklone
Kaltluftzone:
Sobald die Kaltfront die Warmfront einholt, ist die Kaltfront oberhalb der Warmfront. Dadurch ergibt sich eine starke Lablität und es gibt ausgeprägte vertikale Lufttransfers
Quellwolken mit Schauer und Gewitter. Wechsel zwischen Aufklarungsabschnitten und Schauern. Aufheiteurng und Luftdruckanstieg. Gute Fernsicht.
Warmluftzone:
Warmluft gleitet über Kaltluft, dadurch gibt es eine stabile Schichtung und keinen Vertikalaustausch. Es entsteht ein Cirrusschirm. Zunehmend dichter werdene Wolken. gemächlich einsetzender, aber langanhaltender Landregen.
Es bilden sich Schichtwolekn (Ci-Cs-As) nit nachfolgendem Dauerregen (Ns)
Die Okklusion
Trifft die Kaltfront auf die Kaltzone kommt es zu einer Okklusion (Zusammenschliuss). Die Warmluft wird komplett vom Boden verdrängt und steigt nach oben es entsteht eine stabile Wetterlage.
Inntertropische Zirkulation/ Hadley-Zelle
- Durch hohe EInstrahlungsenergie steigen Luftmassen in der Äquatorregion auf.
- Abfließen der Luftmassen in der Höhe nach Nord und Süd.
- Flächenkonvergenz: Absinken der Luftmassen (Passat_Inversion) Hochdruck (30° Breite=Roßbreiten + Wendekreiswüsten
- Nachströmen der Luft aus den Roßbreiten in die ITC Region
- Flächendivergenz: Absinken der Luftmassen Stabilisierungstendenz. (Passat-Strömungen)
äquatoriale Tiefdruckrinne
ensteht durch die hohe Energieeinstrahung in der Äquatorregion. Aufsteigen von Luftmassen (ITC)
Subtropische Hochdruck
SUbtropische Hochdruckgürtel
Durch den ständigen Aufstieg von Luft in der ITC. Divergiert die über der ITC ausgedehnte Luft durch den Antipassat in Richtung Norden und Süden. Auf dem Weg zu etwa 30° s. und n. Br. sinkt sie ab und wärmt sich aufgrund der Kompression trockadiabatisch auf. Dadurch steigt auch die Aufnahmefähigkeit von Wasser, es regenet also selten. Wüsten bilden sich.
Monsun
Sommermonsun
Während der SOmmermonate bilden sich über den großen kontinentalen Flächen aufgrund hoher Temp. Tiefrduckgebiete aus.. Es entsteht ein NordOst Passat. Diese Winde haben eine hohe Luftfeuchtigkeit, da sie warm sind un dviel Wasserdampf uber dem Meer aufnehmen können. Am Himalayagebirge regenensie zu Luv Seite größtenteils ab. Es kommt zzu einem sehr humiden Klima.
Wintermonsun
Es entsthet über Sibieren ein Hochdruckgebiet. Der NordOstPassat sird zum dominierenden Wind auf der Nordhalbkugel der Erde. Der Passat führ trockene Winde mit sich und äußert sich meistens in einem trockenen Klima.
Vb Wetterlage
Vorstoß maritimer Polarluft (mP) vom Atlantik über das Mittelmeer; mP ist kalt und besitzt daher nur geringen Feuchtegehalt; über dem im Herbst noch warmen Mittelmeer erwärmt sich dieses Luft und kann große Mengen Wasser aufnehmen; charakteristische Zugbahn des Tiefs von Süden über die Alpen; Folge sind hohe Niederschläge auf der Alpensüdseite (Hochwasser + Erdrutsche), je nach Situation auch Verlauf über Osterreich, Tschechien und Polen mit Gefahr von Hochwasser an Donau und Elbe (2002, 2006)
Reihenfolge der Windzonen
PFZ
SRH
ITC
SRH
PFZ
Hadely-Zelle
- max troposphärische Massenkonvergenz
- Konbektion wg. Zenitstand der Sonne + Passatkonvergenz –> Selbstverstärkung durch Freiwerden latenter Eneergie
- Ausbildung eines Höhenhochs
- Randtropen gerinerger Durck aks in den inneren Tropen in gleicher Höhe (relative Druckunterschiede !!!)
- durch Corioliskraft abgelenkte, polwärtige Höhenströmung (Subtropenjets STJ)
- Ausbildung eines Bodenhochs aufgrund der Meridiankonvergenz (relatice Druckunterschiede !!!)
- am Boden: Ausblidung des NI-Passats
Walker-Zirkulation
merdidionale (zum äquator parallel) Strömung. i.d.R. bodennah von Ost nach West über den Pazifik. Auf sie wirkt die Corioliskraft nicht, da sie sich fast auf dem Äquator bewegt.
genetische Klimaklassifiaktion
Genetische Klimaklassifikationen basieren auf ihre Entstehung aus der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre. Ein Ort wird also anhand seiner Lage in einem bestimmten „Windgürtel“ einer Klimazone zugeordnet.
In der genetischen Klimaklassifikation nach Flohn gibt es zum Beispiel vier Zonen mit beständigem Klima, die sich ganzjährig unter Einfluss eines Wind- systems befinden. Zwischen ihnen gibt es drei alternierende Zonen, die im Jahr von zwei unterschiedlichen Windsystemen beeinflusst werden.
Effektive Klimaklassifiaktion
Effektive Klimaklassifikationen basieren auf der Wirkung des Klimas und werden nach den Zusammenhängen zwischen Klimaelementen und Vege- tation differenziert. Es wird versucht, dass die Klimatypen möglichst mit der Verbreitung von Vegetationsformen zusammenfallen. Dabei werden die einzelnen Klimazonen und -typen mit Schwellenwerten voneinander abge- grenzt.
Eine der bedeutendsten effektiven Klimaklassifikationen stammt von Wladimir Köppen, die von ihm erstmals um 1900 beschrieben wurde.
Klimadiagramm nach Carl Troll
Klimadreieck Arid Humid Nival
Klimadiagramme nach Walter & Lieth
trockene und feuchte Zeiträume mit unterschiedlicher Skalierung der Achsen. 2/1
Skalenwechsel bei Niederschlag größer als 100 mm.
warme Jahreszeit ist immer in der Mitte
Temp.-Kurve über Niederschlagskurve: arider Monat
Temp.-Kurve unter Niderschlagskurve: humider Monat
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: a
Station
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: b
Höhe über dem Meer
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: c
Zahl der Beobachtungsjahre
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: d
mittlere Jahrestemp.
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: e
mittlere Jährliche Niederschlagsmenge
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: f
mittleres tägliches Minimum des kältesten Monat
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: g
absolutes Minimum
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: h
mittleres tägliches Maximum
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: i
absolutes Max.
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: j
mittlere tägliche Temp.-schwankung
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: k
Kurve der mittleren Monatstemp.
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: l
Kurve der mittleren monaltichen Niederschläge
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: m
Dürrezeit punktiert
Klimmadiagramme nach Walter und Lieth: n
humide Jahreszeit vertikale schraffiert
Klimaklassifikation nach Köppen und Geiger
Köppen und Geiger: A
tropisch warme Regenklimate
Köppen und Geiger: B
Trockenklimate BW und BS nach thermischen Kriterien auf der Basis der Mitteltemp. des wärmsten und des kältesten Monats
Köppen und Geiger: C
warmgemäßigte Klimate
Ca: sommerheiß +22°C
Cb: t>10°C mehr als 4 Mon lange Sommer
Cc: 1-4 Mon. kurze Sommer t>10°C
Köppen und Geiger: D
boreale Klimate
Da = sommerheiß +22°C
Db=mehr als 4 Mon. lange Sommer t>10°C
Dc = 1-4 Mon. kurze Sommer t>1-0°C
Köppen und Geiger: ET
schneereiche Tundrenklimate
mit. Temp. des wärmsten Monats <10°C
Köppen und Geiger: EF
Klimate ewige Frostes
mitt Temp des wärmsten Monats. <0°C
Klimaklassifikation nach Troll und Paffen
thermische differnziert
Hauptklimate römische Ziffern; Untergliederung arabische Ziffern
Hochgebierge ausgenommen
Klimaklassifikation Lauer & Frankenberg
Basis Strahlungs Wärme und Wasserhaushalt
Klimaklassifikation Hochgebirge
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Studienort Tübing
Geograph. Länge 9°09’
Geogr Breite 48,5° nörliche Breite
max. Sonnenhöhe 90 + 23,5 -48,5 = 45
min. Sonnenhöhe 90 - 23,5 - 48,5 = 65
Jahresmitteltemp. 8° C
Jahresmittel Niederschlag 820 mm
Berechnung von Geschwi. auf einer Kugel
2*pi*r/T
Scheinbare SOnnenbahnen für die Äquinoktien berechnen
Winkel berechnen für den Zenit ==> 90°-geogr.Breite, da SOnne auf Äquator steht.
Sonne geht genau im Osten auf und im Westen unter
Anthropogene Treibhausgase
FCKW = Kühlmittel von Kühlschränken + ehemals verwendet in Sprühdosen
Methan CH4 Fermentation durch Wiederkäuer
CO2 Verbrennung von Kohle
Strahlungsbilanz
Tautochronen-Diagramm
Temperatur-Gradient
Höchsttemp-MinTemp/Bodendicke==> K/cm
Faktoren die das Klima eines Ortes bestimmen
Lage; Höhe; Meeresnähe; top. Lage
Stefan-Boltzmann-Gesetz
ist die Gesetzmäßigkeit, welche die Fläche unter den Kurven
Stefan-Boltzman-Gesetz (1)
des Wien‘schen Verschiebungsgesetzes erklärt.
Bei einem schwarzen Strahler ist die Energieausstrahlung E der Oberfläche (kWm-2) proportional der 4. Potenz der absoluten Ober- flächenstrahlungstemperatur To des Körpers
E = ø • T4
Gild nur für ideale schwarze Körper
Um was für eine Frint handelt es sich
Klatfront Idealzyklone
Skizziere Ageostropphisch und Geostropischen Wind
Wie schnelle bewegt sich ein Luftpaket am Äquator bzw. in Tübingen
V = R • cos y • w
RErde = 6378 km
WErde = 7,3*10^-5 1/s
Tübingen 48°
Äquator 0°
Strahlugsbilanz der Erde
Thermoisophletendiagramm
Wiensches Verschiebungsgesetz und Konstante
2989 µm K
ymax • T = Const
Wichtig T in Kelvin umrechnen also plus 270K
Gase in der Atmosphäre
Stickstoff 78%
Sauerstoff 21∞
Argon 0,93% ==> Edelgas
CO2 0,036%
