Vorlesung 8 Flashcards
Was sind adiabatische Prozesse?
• Zustandsänderung einer Gasmenge ohne Wärmetransport aus der bzw. in die
Umgebung
• Kernaussage: Kompression bewirkt Erwärmung des Luftpakets, Expansion
bewirkt Abkühlung
• vertikaler Massenfluss in der Atmosphäre in zwei Varianten:
- ohne Wolkenbildung -> trockenadiabatisch ΔT ≈ 0,976K/100m (ca. 1K/100m)
- mit Wolkenbildung -> feuchtadiabatisch ΔT ≈ 0,4 - 0,8K/100m, variabel!
Was ist eine stabile und was eine labile Schichtung?
stabil: geometrischer < adiabatischer T-Gradient
labil: geometrischer > adiabatischer T-Gradient
Wolken und deren Bildung:
• bestehen aus feinsten Wassertröpfchen oder Eiskristallen/Schneeflocken
• Luftmasse, mit einem rel. Feuchtigkeitsgehalt von 100% (Taupunkt)
-> Abkühlung
-> Kondensation überschüssiger Flüssigkeit
-> Wolkenbildung, denn kältere Luft kann weniger
Feuchtigkeit speichern als wärmere Luft
• Wolkenbildung durch Kondensationskerne:
Feinste Wassertröpfchen kondensieren an Kondensationskernen
(Aerosolen), nach und nach entstehen durch Anlagerung größere Tropfen
Mehrere Arten der Wolkenbildung:
- Durch Konvektion gebildete Wolken
– vertikales Aufsteigen der Luft
• Sonneneinstrahlung führt zur Absorption am und Erwärmung des Bodens
-> durch den fühlbaren Wärmestrom wird die Luft über dem Boden erwärmt
• Beim Aufsteigen der Luft in niedrigeren Druck, dehnt sich diese aus und
kühlt damit ab
• Beim Abkühlen wird der Taupunkt in einer gewissen Höhe unterschritten
• Beim Unterschreiten des Taupunktes beginnt die Kondensation der
Luftfeuchtigkeit und es entstehen Wolken - Durch Advektion (Konvergenz) gebildete Wolken
– horizontales Aufgleiten der Luft
• Wolkenbildung, wenn wärmere auf kältere Luft aufgleitet
• führt zu strukturlosen Schichtwolken und -nebeln - Durch Topographie verursachte Wolken
- gezwungenes Aufsteigen durch Relief - Durch Mischung von Luftmassen gebildete Wolken oder Aufsteigen entlang Wetterfronten (z.B. Kaltluftmassen)
Wolkenstockwerke
unteres:
- T: > -12°C
- 2-4km Höhe
- Wasser
mittleres:
- T: -12°C bis -35°C
- 5-8km Höhe
- Wasser / Eis
oberes:
- T: < -35°C
- 12-16km Höhe
- Eis
Wolkenfamilien
1. Hohe Wolken (5-14 km Höhe) – Cirrus – Cirrocumulus – Cirrostratus 2. Mittelhohe Wolken (2-7 km Höhe) – Altocumulus – Altostratus 3. Tiefe Wolken (0-2 km Höhe) – Stratocumulus – Stratus – Cumulus humilis 4. Wolken in allen Wolkenstockwerken (0-13 km Höhe) – Cumulus congestus – Cumulonimbus (große vertikale Ausdehnung) – Nimbostratus (große vertikale Ausdehnung)
Fakten über Mischwolken - mittleres Stockwerk
• Temperaturbereich zwischen -10°C und -35°C
• enthalten unterkühlte Wassertröpfchen und Eiskristalle
• geringe Sichtweite und Lichtdurchlässigkeit
• bei relativer Luftfeuchte von 100 % :
– Sättigungsdampfdruck über Eis geringer als über Wasser
– große Wasserdampfübersättigung bezüglich der Eiskristalle
– Deposition des übersättigten Wasserdampfes an den Eiskristallen
-> Wachstum der Eiskristalle auf Kosten der Wassertröpfchen
(Bergeron-Findeisen-Prozess)
Mischwolken bilden in unseren Breiten eine wesentliche
Voraussetzung für die Entstehung von Niederschlägen
Theorien Tropfenwachstum
• Wachstum von Wolkentropfen hängt ab von:
Oberflächenspannung, Luftfeuchte,
Transferraten von Wasserdampf und freigesetzter latenter Wärme
• Problem: durch Kondensation kann ein Wolkentropfen nicht zum Regentropfen anwachsen
(1 Million Tropfen von 10 μm = 1mm Regentropfen)
• verschiedene Theorien
- Bergeron-Findeisen-Prozess
- Wachstum durch Kollision
- Wachstum durch Koagulation
Eiskristall (Bergeron-Findeisen) Prozess
• gemischte Wolken (Eis und unterkühlte Tröpfchen gemischt) mit Temperatur kleiner 0°C • Eiskristalle wachsen auf Kosten der Tropfen • extrem wichtig in mittleren und höheren Breiten
Wachtum durch Kollision / Koaleszenz
• Temperatur über 0°C (keine Eispartikel), große Tropfen fallen schneller als kleine: sie kollidieren und schmelzen zusammen (Koaleszenz) • oft in maritimen Wolken mit rel. hohen Temperaturen und hohem Wasseranteil, auch in Sommermonaten in niedrigen Wolken • zwischen 0°C und -4°C führt Kollision von Eispartikeln zum Wachstum durch Aggregation von Schneeflocken
Wachstum durch Koagulation
• in Wolken mit Mix aus Tropfen und
Eispartikeln
• Eiskristalle sind größer als Wolkentropfen und
fallen schneller: Koagulation zwischen
Eiskristallen und Wolkentropfen, Tröpfchen
frieren auf Schneeflocken, Eiskörnern oder
Hagel
• in gleichen Wolken wie Bergeron Prozess, aber
hoher Wasseranteil ist notwendig
Ursachen von Luftbewegungen
• Jede horizontale Luftbewegung hat ein horizontales Gefälle des Luftdrucks als
Voraussetzung
=> Druckgradient = Druckdifferenz / Distanz
• Durch den Druckgradienten wird auf jedes Luftpaket eine Kraft in Richtung des Druckgefälles ausgeübt. Sie wird als Gradientkraft bezeichnet.
=> Gradientkraft = Druckgradient * Volumen
• Die Gradientkraft führt dazu, dass das Luftpaket beschleunigt wird. Die Beschleunigung ist außer von der Gradientkraft auch von der Masse des Luftpakets abhängig.
Gradientbeschleunigung = Gradientkraft / Masse
= (Druckdifferenz * Volumen) / (Distanz * Masse)
Das Land-See-Wind-System
• Antrieb Thermik, Luftdruckgradient → Luftmassenaustausch • horizontal 20-50 km • bei strahlungsintensiven Hochdruckwetterlagen, auch an großen Binnenseen (z.B. “ora” am Gardasee)
Was ist ein Föhn?
• warmer trockener Fallwind in den Alpen
• Alpennordseite (wenn er von Süden kommt)
-> Südföhn
• Alpensüdseite (wenn er von Norden kommt)
-> Nordföhn
Entstehung von Föhn
Luft wird vor dem Gebirge (Luv) zum Aufsteigen gezwungen
– Trockenadiabatische Abkühlung der Luft, d.h. um 1 K
je 100 m
– Sättigungsdampfdruck sinkt, absolute Luftfeuchte
bleibt konstant
– Folge: Anstieg der relativen Feuchte
-> Wasser kondensiert bei Erreichen des Taupunkts
-> Wolkenbildung ab dem Kondensationsniveau
Weiterer Aufstieg: Abkühlung der Luft nur noch um ca. 0,5 K je 100 m
-> feuchtadiabatisch
– Wird die Wolke zu “schwer”, dann gibt es
Niederschläge
– Luftmassen sinken wieder ab kurz hinter dem
Kamm noch feuchtadiabatisch, anschließend
trockenadiabatisch
