Vorlesung 6 Flashcards
Welche Energieflüsse von der Erdoberfläche in die Atmsophäre
gibt es?
• Turbulente Wärmeströme o Sensibler Wärmestrom o Latenter Wärmestrom • Speicherwärmestrom o Bodenwärmestrom
Was passiert mit der nächtlichen bodennahen Lufttemperatur bei wolkenlosem Himmel und bei dichter Wolkenschicht?
Die Temperatur nimmt viel schneller ab, bei wolkenlosem Himmel als bei Bestand einer Wolkenschicht.
Wie entsteht Nebel?
- Sättigung der Luft (Abkühlung, Feuchtezufuhr)
- Hochdruckgebiet (ruhende Luftmasse)
- stabile Schichtung (unten kalt, oben warm)
- lange Nächte im Herbst, Winter (starke Abkühlung)
- schwache Sonneneinstrahlung (Nebel löst sich schwer auf)
- Feuchtequellen (Moor, See, Flüsse)
Wie wird Nebel aufgelöst?
- Wind (durchmischt Atmosphäre)
- starke Sonneneinstrahlung
- Bewölkung in der Nacht (schwache Ausstrahlung)
- Abtrocknung der Luft (z.B. Luftmassenwechsel, Föhn)
Wasserdampf in der Atmosphäre:
• tritt in stark wechselnden Anteilen auf als „Wettermacher“
• einziger Stoff, der in allen drei Phasen auftritt „Energieträger“
• ist unsichtbar
• macht fast das gesamte Wasser in der Troposphäre aus
- Wolken (=Wassertröpfchen oder Eiskristalle) sind die „Ausnahme“
Umwandlungsenergie von Wasser:
Schmelzen: Aufnahme von Energie -> 334 J/gr
Verdunsten: Aufnahme von Energie -> 2465 J/gr
Sublimation: Abgabe von Energie -> 2847 J/gr
Wozu werden Feuchtemaße verwendet?
Zur Beschreibung des Wassergehalts in der Atmosphäre
Welche Feuchtemaße kennen Sie?
- absolute Feuchte
- relative Feuchte
- spezifische Feuchte
- Wasserdampfdruck
- Sättigungsdampfdruck
- Taupunktstemperatur bzw. Kondensationsniveau
- Mischungsverhältnis
absolute Feuchte
a: Masse des Wasserdampfes, der in einem Kubikmeter Luft enthalten ist
Wasserdampfdruck
e: Partialdruck des Wasserdampfes, d.h. Anteil des Wasserdampfes am Gesamtdruck der Luft
Sättigungsdampfdruck
E: maximal möglicher Dampfdruck bei vorgegebener Temperatur
Sättigungsdefizit
E-e
relative Feuchte
RH: das Verhältnis von tatsächlichem Dampfdruck zu maximal möglichem Dampfdruck e/E
Taupunktstemperatur
Dt: Temperatur, auf die ein Luftpaket abgekühlt werden muss, damit e = E erreicht
Kondensationsniveau
m: Höhe, in der abkühlungsbedingt e = E ist
Mischungsverhältnis
m: Masse des Wasserdampfes, der in einem Kilogramm trockener Luft enthalten
spezifische Feuchte
q: Masse des Wasserdampfes in einem Kilogramm feuchter Luft
Unter welchem Namen ist die Sättigungskurve auch bekannt und was sagt diese aus?
-Magnussche Dampfspannungskurve
-> Abhängigkeit des maximalen Wasserdampfgehaltes der Luft von der Temperatur
-> wie viel Wasserdampf kann Luft maximal aufnehmen
Faustregel: ab 1,5 hPa steigt der Sättigungsdruck pro 10K auf etwa den doppelten Wert an.
Welche Messprinzipien und -geräte gibt es für die Luftfeuchtigkeit?
• Längen- und Volumenänderung durch Einlagerung von Wassermolekülen in Festkörpern
-> Haarhygrometer
• Änderung der Dielektrizitätskonstante durch Einlagerung von Wassermolekülen in Festkörpern (kapazitive Feuchtemessung)
-> Elektronischer Feuchtesensor (Kondensator)
• Temperaturunterschiede durch Verdunstung
-> Psychrometer (Thermometer)
• Bestimmung des Taupunktes/Frostpunktes
-> Taupunkthygrometer (Abkühlung eines Spiegels und Messung der Reflexion)
-> Aßmann’sches Aspirationspsychrometer
Definition Luftdruck
Der Luftdruck ist das pro Flächeneinheit berechnete Gewicht der Luftsäule, die
sich in vertikaler Richtung über der Fläche in der Atmosphäre befindet.
• klassisches Messverfahren ist eine einseitig offene Quecksilberröhre
• daraus leitet sich die alte Maßeinheit für den Luftdruck ab: mm Hg
• SI-Einheit Pa
• hPa (früher: mbar und Torr [mm Hg])
• 1 hPa = 1 mbar ~ 0,75006 Torr
Messprinzipien und Messgeräte von Luftdruck:
• mechanischer Druck auf eine Dose (teilentlüfteter Dosenstapel
-> (Dosen-)Barometer)
• mechanischer Druck auf Flüssigkeit in einseitig offener Röhre
-> Quecksilberbarometer
Fakten zum Niederschlag und wie dieser erscheint:
• besteht aus Hydrometeoren
• Bewölkung besteht aus schwebenden Hydrometeoren
• Niederschlag fällt aus, wenn die Fallgeschwindigkeit der Partikel größer ist
als die Aufwärtsbewegung
Erscheinungsformen:
• Nieselregen: flüssig, Tropfenradius < ca. 0.25 mm
• Regen: flüssig, Tropfenradius > 0.25 mm
• Eiskristalle, Eisnadeln: fest, vereinzelt
• Schnee: fest, flockenartige
• Griesel: fest, feine weißliche Körner
• Graupel: fest, etwas größere Körner
• Hagel: fest, große Körner, glatte Oberfläche
• Glatteis: am Erdboden gefrierende Regentropfen
Messungen des Niederschlags und Probleme, die dabei auftreten können:
Einheiten • mm oder l/m^2 • 1 mm = 1 l/m^2 • kg/m^3 Messprinzipien und Messgeräte • „sammeln“ / direkte Messung -> Regenmesser nach Hellmann (Eimer/Behälter) -> Ombrometer (Kippwaage) -> Pluviometer (Niederschlagswaage) -> Lysimeter • indirekte Messung / Bestimmung der Zahl/Größe der Wassertropfen, Schneeflocken, Hagelkörner -> Niederschlagsmessung mit Bodenradar -> Distrometer Probleme: • Wind • Schnee • Nebel
Wie erfolgt die Aufstellung eines Regensammlers?
• Aufstellungsort repräsentativ für Umgebung
• Punktmessung: 200 cm2 Öffnung repräsentiert 20 km2 = 1 : 109
• Wind ist der kritische Faktor, deshalb geschützt, aber nicht im Windschatten oder
steile Hänge
• Angemessener Abstand zu Hindernissen
Was sind Fehlerquellen der Niederschlagsmessung?
• Systematische Fehler
– Deformation des Windfeldes (Regen 2-5%, Schnee 15-35%)
– Ansteigen mit Höhenlage, besser: Windschutzring
– Adhäsion (5-10 % an Trichter und Kanne)
– Verdunstung (1-3 % abh. Temperatur, Feuchte, Wind)
– Spritzwasser, …
→ Niederschlagsmesser messen bis zu 35% zu WENIG
• Zufällige Fehler
– Exposition des Instruments, Repräsentativität des Standorts
– Topographie, umgebende Vegetation, Höhenlage, Irrtümer,
Hangrichtung
– Totalisator: Variation des Volumens mit der Temperatur und durch
Zusätze
Definition Evaporation
Als Evaporation wird der Wasserverlust an der Oberfläche bezeichnet, der durch den
Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand ohne Mitwirkung eines
Lebewesens erfolgt (nach Häckel 1999; Wilhelm 1997).
Unterschiede potenzielle und tatsächliche Verdunstung sowie weitere wichtige Faktoren:
Potenzielle Verdunstung:
• warme Wasserflächen können mehr verdunsten als kalte
• die Verdunstung kann zeitlich und räumlich umso größer sein, je mehr Strahlungsenergie zur Verfügung steht
Tatsächliche Verdunstung: hängt ab…
• von der Feuchte der über der verdunstenden Fläche liegenden Luft
• vom vertikalen Dampfdruckgefälle
• von der Wasserdampfmenge, die pro Zeiteinheit von der Atmosphäre aufgenommen
werden kann
… weitere wichtige Faktoren:
• Wasserverfügbarkeit
• Oberflächenrauigkeit
• Vegetationsbedeckung Evapotranspiration
Messgeräte der Verdunstung:
- Verdunstungswaage
- Evaporimeter (Piche)
- Lysimeter (ggf. Evapotranspiration)
Ansätze für die Bestimmung der Evapotranspiration:
- Mikrometeorologische Methoden: Eddy Kovarianz Energiebilanz Gradienten Methode Scintillometer Methode - Physiologische Ansätze: Saftfluss Dendrometer Porometer Gasaustausch - Hydrologische Ansätze: Evaporation Bilanz Bodenfeuchtigkeitsmessungen Oszillation von Flüssen - Fernerkundung: Bestimmung des NDVI (normalized difference vegetation index) - Modelle: Statistische Ansätze (Dalton, Haude, Wendlich) Einfache physikalische Ansätze (Penman – Monteith) SVAT – Modelle (soil – vegetation – atmosphere) Big – leaf – models Multi - layer – models TTT – model (transilient turbulence theorie) -Lysimeter
Fakten zu Wind:
• vektorielle Größe, d.h. Wind ist gerichtet
• Gemessen wird meist nur die horizontale Komponente des Windes
(Richtung und Betrag)
• Wind entsteht durch horizontale Luftdruckunterschiede z.B. zwischen
einem Hoch- und einem Tiefdruckgebiet
• Wind ist der wahrnehmbare Luftmassenfluss
Windgeschwindigkeit sowie -richtung:
- Windgeschwindigkeit:
-Einheiten
• m/s oder Beaufort
-Messprinzipien und Messgeräte
• Streckenmessung (Weglänge)/Anzahl der
Umdrehungen
− Schalenkreuzanemometer, Windrad
• Laufzeitdifferenz und Phasenverschiebung von
Schallwellen oder elektromagnetischer Strahlung
− Ultraschallanemometer, Laseranemometer
• Temperaturabhängigkeit des elektrischen
Widerstandes (Thermische Anemometrie)
− Hitzdrahtanemometer (Pt, Ni, W) - Windrichtung:
-Einheiten
• ° [Grad]
-Messprinzipien und Messgeräte
• Windwiderstand
-> Windfahne
-> Propelleranemometer
