Vorlesung 2 "Niederschlag"

Question 1

Wie lautet die Wasserhaushaltsgleichung?

Answer 1

Niederschlag = Abfluss + Verdunstung + Speicheränderung

Question 2

In welche drei Zonen kann der Boden aus hydrologischer Sicht unterteilt werden?

Answer 2

1. ungesättigte Bodenzone
2. durchlässige Zone (gesättigt nur während der nassen Jahreszeit)
3. gesättigte Grundwasserzone

Question 3

Was ist die Perkolation?

Answer 3

Die Perkolation beschreibt die vertikale Wasserbewegung bzw. das Durchfließen von Wasser durch ein festes Substrat.

Question 4

Wie nennt man den Abfluss in der ungesättigten Bodenzone?

Answer 4

oberflächennaher Abluss

Question 5

Wie nennt man den Abfluss in der durchlässigen Zone?

Answer 5

Zwischenabfluss

Question 6

Wie nennt man den Abfluss in der gesättigten Grundwasserzone?

Answer 6

Basisabfluss

Question 7

Zeichne das Diagramm für die Aggregatzustände des Wassers.

Answer 7

• Tripelpunkt bei 0°C und 0,0061 bar
• Kritischer Punkt bei 373,95°C und 220,6 bar

Question 8

Wie lautet die Faustformel für die temperaturabhängige Wasserdampfsättigung?

Answer 8

Als Faustformel gilt für den Temperaturbereich zwischen 5°C und 30°C Sättigungsfeuchte [g/m^3] ungefähr gleich der Temperatur [°C]

Question 9

Wie verändert sich die Lufttemperatur beim trockenadiabatischen Aufstieg?

Answer 9

Die Lufttemperatur fällt beim Aufstieg um 1,0°C je 100 Höhenmeter

Question 10

Warum kühlt aufsteigende Luft ab?

Answer 10

Wenn erwärmte Luftmassen aufsteigen, reduziert sich die Temperatur, da der Luftdruck mit der Höhe abnimmt und durch die Ausdehnung eine Abkühlung induziert wird.

Question 11

Wie verändert sich die Lufttemperatur bei feuchtadiabatischen Temperaturgradenten?

Answer 11

Falls die Luftmassen größere Wassermengen beinhalten, kommt es (je nach Luftfeuchtigkeit und Temperatur) zur Kondensation. Dieser Prozess gibt Wärme frei, so dass sich die Abkühlung auf rund 0,5°C je 100m reduziert.

Question 12

Was ist eine unteradiabatische Schichtung?

Answer 12

Eine stabile Schichtung. Das Luftpaket kehrt nach einer Temperaurveränderung automatisch wieder auf die Ausgangshöhe

Question 13

Was ist eine überadiabatische Schichtung?

Answer 13

Eine labile Schichtung. Das Luftpaket wird je nach Temperaturänderung weiter nach oben oder unten steigen/fallen.

Question 14

In welchem Zustand liegt das aus kondensierte Wasser in den Wolken vor?

Answer 14

Die Feuchtigkeit liegt in den Wolken temperaturabhängig in Wasser- oder Eisform vor.

Question 15

Woran ist die Entstehung von Wassertropfen gebunden?

Answer 15

Die Entstehung von Wassertropfen aus kondensierendem Wasserdampf ist an winzige Staubpartikel gebunden.

Question 16

Zwischen welche zwei Entstehungsprozessen kann bei der Entstehung von Niederschlägen unterschieden werden?

Answer 16

Koagulation und Sublimation

Question 17

Was ist die Koagulation?

Answer 17

Die Wassertropfen in den Wolken stoßen zusammen und durch die Anlagerung entstehen größere Wassertropfen, die im Regelfall als Niesel- oder Sprühregen auf die Erde fallen. Der Prozess der Koagulation dauert in der Regel sehr lange, so dass sich hierbei selten große Wassertropfen bilden können.

Question 18

Was ist die Sublimation (bei der Niederschlagsbildung)?

Answer 18

Je nach Einfluss der Temperatur sowie des Luftdruckes gehen Wassertropfen beim Frieren in Eiskristalle über. An diese Eiskristalle lagern sich ständig weitere gefrierende Wassertropfen an, so dass sich Eisklumpen bilden, die zur Erde fallen.
Dieser Prozess verläuft (im Gegensatz zur Koagulation) sehr schnell, so dass sich ein Eiskristall in nur 20 Minuten um das 10.000fache vergrößern kann.

Question 19

Welche Niederschlagsarten resultiert aus den unterschiedlichen Formen der Niederschlagsbildung?

Answer 19

Koagulation: Nieselregen oder Sprühregen
Sublimation: Starkregen

Question 20

In welcher Wolkenschicht bildet sich Nieselregen?

Answer 20

Niesel- oder Sprühregen entsteht durch Koagulationsprozesse in tiefen Stratuswolken (0-1500m).

Question 21

In welcher Wolkenschicht entsteht Landregen?

Answer 21

Langanhaltende Niederschlagsereignisse mit geringer Intensität entstehen im Regelfall an Nimbostratuswolken (1500-3000m). Dabei tritt ebenfalls der Prozess der Koagulation auf, wobei es in Mischwolken bei einer ausreichend langen Dauer zur Bildung mittelgroßer Regentropfen kommt.

Question 22

In welcher Wolkenschicht bilden sich Schauer?

Answer 22

Kurze Niederschlagsereignisse mit hoher bis sehr hoher Intensität. Der Entstehungsprozess ist auf die Koagulation von Wasserdampf in Cumulonimbuswolken zurückzuführen; es entstehen dabei große Regentropfen.

Question 23

Wie kommt es in Europa zu extremen Niederschlägen in 5b-Wetterlagen?

Answer 23

1. Tiefs müssen Kaltluft ausweichen, ziehen nach Südosten zum nördlichen Mittelmeer.
2. Tiefs verstärken sich über dem warmen Meer, pumpen sich mit gewaltigen Mengen Wasserdampf auf.
3. Wasserreiche Luft zieht über Norditalien, Tschechien, Süd- und Ostdeutschland nach Norden.
4. Die Luft kühlt ab.
5. Kühlere Luft kann wesentlich weniger Wasserdampf halten als Warmluft; Folge: Starkregen, Hochwasser.

Question 24

Wie lautet die Definition des Niederschlages gemäß DIN 4049?

Answer 24

“Niederschlag ist das Wasser der Atmosphäre, das nach Kondensation oder Sublimation von Wasserdampf in der Lufthülle ausgeschieden wird und sich infolge der Schwerkraft entweder zur Erdoberfläche bewegt (fallender Niederschlag) oder zur Erdoberfläche gelangt ist (gefallener Niederschlag).

Question 25

Was ist die Allgemeine Beschreibung von Niederschlag?

Answer 25

Bei Niederschlag handelt es sich um jede Erscheinungsform von Wasser, welches aus der Atmosphäre auf die Erde gelangt.

Question 26

In welchen Formen tritt Niederschlag ein?

Answer 26

• Regen
• Schnee
• Hagel Eiskugeln/Eisstücke (im Schnitt 5-10mm Graupel)
• Eisgebilde (im Schnitt 2-5mm)
• Tau
• Reif
  (die letzten beiden entstehen durch Kondensation abgesetzter Niederschläge)

Question 27

Nenne die charakteristischen Größen des Niederschlags.

Answer 27

• Niederschlagshöhe h_N [mm]
• Niederschlagsdauer T_N [h]
• Niederschlagsintensität i_N(t) [mm/h]
• Häufigkeit bzw. Jährlichkeit T_n = 1/n

Question 28

Für die Aufzeichnung von Niederschlägen werden genormte Messeinrichtungen verwendet. Welche Messeinrichtung ist in Deutschland standardisiert?

Answer 28

In der Bundesrepublik ist vom Deutschen Wetterdienst (DWD) ein Regenmesser nach Hellmann mit einer Auffangfläche von 200 qcm standardisiert.
- Aufstellungshöhe: 1,0 m über Geländeoberkante
- Ablesezeitraum: 7:30 MEZ (jeweils alle 24 Stunden)
- Ableseungenauigkeit: 0,1 mm
In der Bundesrepublik sind noch ca. 6000 derartige Niederschlagsstationen im Betrieb.

Question 29

Grundsätzlich ist zu beachten, dass die Angaben der Tagesniederschläge von Niederschlagsmessern fehlerbehaftet sind. Was sind mögliche Fehlerquellen dabei?

Answer 29

• Einfluss der Verdunstung
• Einfluss der Windexposition
• Benetzungsverluste

Die Fehlereinflüsse können dazu führen, dass Korrekturen der gemessenen Niederschläge in einer Größenordnung von 10-25% (bezogen auf den Jahresniederschlag) vorgenommen werden müssen.

Question 30

Wie nennt man einen Niederschlagsschreiber und wie funktioniert dieser?

Answer 30

Niederschlagsschreiber (Ombrometer)
- bei Regenschreibern wird der Niederschlag in einem Gefäß aufgefangen, in dem sich ein Schwimmer befindet
- der Schwimmer ist mit einem Schreibarm verbunden, dessen Bewegung auf Registrierpapier protokolliert wird
- das Registrierpapier liegt auf einer Schreibtrommel auf, die einen zeitgesteurten Vorschub hat
- das Schwimmgefäß fasst exakt 10mm und wird durch einen Heberkonstruktion entleert. Dadurch entstehen die charakteristischen Sägezahnlinien

Question 31

Wie funktioniert das Messsystem mit Kippwaagenprinzip?

Answer 31

Bei den Messsystemen mit Kippwaagenprinzip wird der Niederschlag über ein Einlaufsieb auf eine Wippe geleitet.
Die Wippe hat ein definiertes Auffangvolumen und gibt beim Kippen je 0,1 mm einen Impuls ab.
Der Impuls dient zum Anstoßen einer Analogwertänderung und kann gleichzeitig als Spannungswert weitergeleitet werden.
Für die Registriertung von Niederschlagsereignissen (Beginn- und Endzeitpunkte) werden Niederschlagswächter eingesetzt.
Gemessen wird der Durchgang des Niederschlages durch eine Lichtschranke.

Question 32

Wie hoch ist der Jahresniederschlag in Aachen?

Answer 32

803 mm

Question 33

Wo ist die mittlere jährliche Niederschlagshöhe in Deutschland am geringsten und wo am höchsten?

Answer 33

Am niedrigsten ist die Niederschlagshöhe im Osten Deutschlands (ungefähr das ehemalige Gebiet der DDR). Am höchsten ist es dafür im Süden Deutschlands in den Alpen.