Windenerg1 (Wind Ressourcen, Konzepte+Physik der Windenergienutzung) Flashcards
Entstehung des Windes
Wie entsteht Wind?
Entsteht durch die ungleichmäßige Sonneneinstrahlung (nimmt zu den Polen hin ab)
–> denn dadurch entsteht ein thermischer Potentialunterschied, welcher Druckunterschiede hervorruft.
–> es kommt daraufhin zu Ausgleichsströmungen (Wärme wird vom Äquator weg in Richtung der Pole transportiert
–> diese großflächigen Ausgleichströme bilden die Grundlage für die globalen Windsysteme
Entstehung des Windes
1) Was bildet die Grundlage für die globalen Windsysteme?
2) Wodurch werden sie beeinflusst?
1) Großflächige Ausgleichströmungen, in denen Wärme vom Äquator weg in Richtung der Pole transportiert wird
2) durch die Erdrotation (Corioliskraft: Geschwindigkeit am Äquator 1670 km/h und an den Polen: 0 km/h)
Wind entsteht durch die ungleichmäßige Sonneneinstrahlung (nimmt zu den Polen hin ab)
–> denn dadurch entsteht ein thermischer Potentialunterschied, welcher Druckunterschiede hervorruft.
–> es kommt daraufhin zu Ausgleichsströmungen (Wärme wird vom Äquator weg in Richtung der Pole transportiert
–> diese großflächigen Ausgleichströme bilden die Grundlage für die globalen Windsysteme
Die Luft bewegt sich immer von ?(1)? zu ?(2)?
(1) Hochdruckgebieten
(2) Tiefdruckgebieten
Entstehung des Windes
Auf der Erde existieren eine Vielzahl an unterschiedlichen Windsystemen.
Es kann in ?(1)? und ?(2)? Windsysteme (Winde) unterschieden werden.
(1) lokale
(2) globale
Entstehung des Windes
Globale Winde werden beeinflusst durch?
Druckgradienten und Gravitation (durch siehe slide 5)
Trägheit der Luft
Erdrotation
Reibungskräfte am Erdboden
Der Wind - Hoch- und Tiefdruckgebiete
Beschreibe die Entstehung Tiefdruck- und Hochdruckgebiet
Durch die Sonneneinstrahlung steigt warme Luft auf und hinterlässt am Boden ein Tiefdruckgebiet.(*)
Über dem Tiefdruckgebiet bildet sich ein Hochdruckgebiet.
Luft aus der Umgebung wird von dem Tiefdruckgebiet angezogen.
Die Luft bewegt sich in der Troposphäre vom Hoch- zum Tiefdruckgebiet und kühlt während des Transportes ab.
Nach ausreichender Abkühlung sinkt die Luft zu Boden, wo sie ein Hochdruckgebiet bildet.
(*) (Wasser hat eine geringere Wärmekapazität, weshalb sich der Landbereich stärker erwärmt bei gleicher Sonneneinstrahlung)
(SIEHE SLIDE 7!!!)
Der Wind - Druckgradient
Luftdruckgradient: Aufgrund des unterschiedlichen Druckes zwischen Hoch- und Tiefdruckgebiet, wirkt auf Luftpartikel eine Kraft in Richtung ?(1)?.
(1) Tiefdruckgebiet
Der Wind - Coriolis Kraft:
- Ist eine Trägheitskraft, die einen Körper ?(1)? zu seiner Bewegungsrichtung ablenkt, wenn dieser sich in einem ?(2)? befindet
- Die Richtung der Corioliskraft ist ?(3)? zur Bewegungsrichtung der Luft
- Die Formel zur Berechnung der Corioliskraft lautet: ?(4)?
(1) quer
(2) rotierenden Bezugssystem
(3) rechtwinklig
(4) Fsubc = f * U mit:
- U: Windgeschwindigkeit
- f: Coriolis Parameter
–> f = 2wsin(phi) mit:
-> phi: geographische Breite
-> w: Winkelgeschwindigkeit
(Abbildungen auf slide 8 ansehen + eigene Erklärungen!!!)
Erklärungen slide 9+10 ansehe
…
Am Anfang befindet sich die Luft noch in Ruhe und die Corioliskraft wirkt ?(1)? zum Druckgradienten.
Die resultierende Kraft verursacht eine Bewegung.
Danach wirkt die Corioliskraft immer rechtwinklig zur ?(2)?.
Wenn die Corioliskraft dem Druckgradienten entgegenwirkt bewegt sich die Luft ?(3)? zu den ?(4)?.
Diese Luftbewegung, im Endzustand, wird ?(5)? genannt
(1) rechtwinklig
(2) Bewegungsrichtung der Luftströmung. ((lenkt diese also weiter zur seitlich ab))
(3) parallel
(4) Isobaren
(5) Geostrophischer Wind
(slide 10)
Der Wind - Was sind Isobaren in Bezug auf das Wetter?
Eine Isobare ist eine Linie auf der Wetterkarte, die alle Punkte gleichen Druckes verbindet.
Isobare, die einen Kreis beschreiben, beinhalten was?
Hoch- oder Tiefdruckgebiete (Gebiete sind mit H oder L markiert)
-> siehe slide 11!
Hochdruckgebiete verursachen meist ?(1)? Wetter und Tiefdruckgebiete meist ?(2)? Wetter
(1) sonniges
(2) regnerisches
Welchen Einfluss hat die Entfernung zwischen Isobaren auf die Winde?
Wenn die Isobaren dicht beieinander liegen treten HÖHERE WINDE auf als wenn diese weit voneinander entfernt sind!
Der Wind - Corioliskraft und Hoch- und Tiefdruckgebiete:
Luft beweg sich immer von einem Hoch- zu einem Tiefdruckgebiet
Situation auf der Nordhalbkugel:
- Aufgrund der Corioliskraft wird die Luftströmung vom Hochdruckgebiet nach ?(1)? abgelenkt (Strömungsrichtung: ?(2)?)
- Tiefdruckgebiet: Luft erfährt ebenfalls eine Ablenkung nach ?(1)?, jedoch ist sie ?(3)? gerichtet. (Strömungsrichtung: ?(4)?)
(1) rechts
(2) im Uhrzeigersinn raus
(3) in das Tiefdruckgebiet
(4) entgegen dem Uhrzeigersinn, nach innen gerichtet
–> slide 12!
Der Wind - globale Windsysteme
Höhere Sonneneinstrahlung am Äquator, verursacht ein ?(1)? in der Region.
Luft in der Troposphäre ?(2)? und strömt teils Richtung ?(3)? und teils Richtung ?(4)?.
Die Luft ?(5)? und sinkt zu Boden; diese Luft strömt dann in den ?(6)? Richtung ?(7)? zurück.
Dies beschreibt die Situation nördlich und südlich des Äquators.
Würde es keine Erdrotation geben; gäbe es auch nur jeweils eine ?(8)?. (Stattdessen gibt es jeweils ?(9)?)
(1) Tiefdruckgebiet
(2) teilt sich auf
(3) Nordpol
(4) Südpol
(5) kühlt auf dem Weg ab
(6) unteren Schichten
(7) Äquator
(8) Zirkulations-Zone
(9) drei Zirkulations-Zonen/Zellen –> siehe slide 14+15
Der Wind - globale Windsysteme
Es gibt drei Zellen, die sowohl auf der Nord- als auch auf der Südhalbkugel auftreten
Wie lauten diese und wie ist die Reihenfolge vom Äquator aus?
Äquator
–> Hadley-Zelle
–> Ferrel-Zelle
–> Polare Zelle
(siehe slide 15)
Der Wind - globale Windsysteme
Hadley Zirkulation (Hadley-Zelle):
Höhere ?(1)? am Äquator, verursacht ein Tiefdruckgebiet in der Region.
Luft in der ?(2)? teilt sich auf und strömt teils Richtung Nordpol und teils Richtung Südpol.
Die Luft kühlt auf dem Weg ab und trifft in etwa ?(3)?° Breite auf einen anderen ?(4)? und sinkt ab; diese Luft strömt dann in den unteren Schichten als ?(5)? in Richtung ?(6)?.
Bodennahe strömt die Luft von ?(7)? nach ?(8)?. (Nordhalbkugel)
(1) Sonneneinstrahlung
(2) Troposphäre
(3) 30°
(4) Kaltstrom
(5) Passat
(6) Äquator zurück
(7) Nordost
(8) Südwest
-> slide 16!
Der Wind - globale Windsysteme
Hadley Zirkulation (Hadley-Zelle):
Warum kommt es bereits beim 30.Breitengrad zu einem Absinken der Luftströmung?
Weil es aufgrund der Corioliskraft zu einer Abweichung des eigentlichen Druckgradientenweges kommt und eine viel längerer Strömungsweg vorliegt.
–> Luftströmungen gelangen folglich nicht in einer Zelle bis zum Nord-/Südpol!
Der Wind - globale Windsysteme
Ferrel Zirkulation (Ferrel-Zelle):
Zwischen welchen Breiten befindet sich die Ferrel-Zelle?
Zwischen 30° Breite und 50° - 60° Breite.
Der Wind - globale Windsysteme
Ferrel Zirkulation (Ferrel-Zelle):
Diese Zirkulation teilt sich die südliche, absinkende Seite mit der ?(1)? und die nördliche aufsteigende Seite mit der ?(2)?.
Bodennahe strömt der Wind von ?(3)? nach ?(4)?. (auf Nordhalbkugel)
(1) Hadley Zirkulation
(2) Polar-Zone
(3) Südwest
(4) Nordost
(siehe slide 17!)
Der Wind - globale Windsysteme
Polar-Zone (Polar-Zelle)
Zwischen welchen Breiten befindet sie sich?
Zwischen 50°-60° Breite und den jeweiligen Polen
Der Wind - globale Windsysteme
Polar-Zone (Polar-Zelle):
Bodennahe strömt der Wind von ?(1)? nach ?(2)?. (Nordhalbkugel)
(1) Nordost
(2) Südwest
-> slide 17
Es ist wenig sinnvoll direkt am Äquator Solarzellen zu positionieren. Warum?
Weil Tiefdruckgebiete meist regnerisches Wetter verursachen und am Äquator ständig ein Tiefdruckgebiet vorhanden ist.
–> Oft Wolkenbildung und Regen
Der Wind - lokale Winde:
Lokale Winde entstehen aufgrund von?
lokalen, kleineren Hoch- und Tiefdruckgebieten
Der Wind - lokale Winde
See- und Landbriese:
1) Wie kommt es zu Seewind?
2) Wie kommt es zu Landwind?
1) Tagsüber erwärmt sich das Land stärker als die Wasseroberfläche aufgrund der höheren spezifischen Wärmekapazität des Wassers
In den unterschiedlich temperierten Luftmassen darüber entsteht ein Druckgefälle vom Meer in Richtung Land, wodurch es zu einer landeinwärts gerichteten, kühlen und feuchten Strömung kommt. (Seewind)
2) Druckgefälle vom Land in Richtung Meer (z.B. nachts, weil Landmasse schneller abkühlt als die See)
–> slide 18!
Warum ist es sinnvoll in der Nähe von großen Seen oder Meeren Windkraftanlagen zu positionieren?
Weil die guten Windverhältnisse aufgrund der See- und Landbriese genutzt werden können.
Der Wind - lokale Winde
Monsun ist ebenfalls eine ?(1)?
(1) See-Land Zirkulation
Der Wind - lokale Winde
Wie kommt es zum Monsun?
Durch die im Sommerhalbjahr erhöhte Sonneneinstrahlung, weshalb sich die Luft über dem Land stärker erwärmt
–> es bildet sich ein Tiefdruckgebiet auf der Landmasse und in der Höhe über dem Land ein Hochdruckgebiet aufgrund der aufsteigenden warmen Luft
–> dieses Hochdruckgebiet möchte sich ausgleichen in Richtung eines weiteren Tiefdruckgebietes, welches sich in der Höhe über den Ozeanen befindet (haben also in der Höhe eine Strömung vom Land in Richtung Ozeanen)
–> Die Luft kühlt sich währenddessen ab und sinkt ab, weshalb sich bodennah über dem Ozean ein weiteres Hochdruckgebiet bildet
–> auch dieses Hochdruckgebiet möchte sich wieder ausgleichen in Richtung des Tiefdruckgebietes, welches sich auf dem Land befindet
–> deshalb bewegen sich während dieser Jahreszeit dann feuchte Luftmassen vom Meer zum Land (starke Regenfälle sind die Folge)
(In den Wintermonaten ist es dann genau anders herum -> siehe Abb. slide 19 (bzw. 18) unten links)
Der Wind - lokale Winde
Erkläre die Berg-Tal-Zirkulation!
Starke Erwärmung der besonnten Berghänge
–> damit verbunden tritt ein thermischer Auftrieb der hangnahen Luft ein (Hangaufwind)
–> bei weiterer Erwärmung des Tals, wird diese Strömung durch eine talaufwärts gerichtete Strömung abgelöst
Während der Nacht kühlt sich der Boden stärker ab als die Luft in freier Atmosphäre, was einen kalten Hangabwind erzeugt.
(siehe slide 20 (bzw.19)
Der Wind - lokale Winde
Erkläre den Föhn/Chinook!
Der Föhn entsteht, wenn Luft gezwungen wird über Berge zu strömen.
Die noch warme Luft strömt dann entlang der windzugewandten Seite des Berges und kühlt ab.
Sollte die Luft noch feucht sein kommt es zur Wolkenbildungen (Regenseite)
Auf der Leeseite sinkt die Luft und bildet ein Hochdruckgebiet.
–> Es bilden sich trockene warme Winde (Temperaturerhöhungen von mehr als 20°C in einer Stunde sind möglich)
Der Wind - lokale Winde
Santa Ana Winde:
Entstehen, wenn das große Becken im Osten von Sierra Nevada abkühlt; es entsteht ein lokales Hochdruckgebiet.
Ausgleichswinde entstehen in Richtung Ozean, wo sich ein Tiefdruckgebiet befindet aufgrund der höheren Wassertemperatur.
Die Luftmassen wärmen sich entlang des Hanges auf.
Santa Ana Winde entstehen häufig am Ende von Kaliforniens langem, heißem Sommer.
Die warme Luft trocknet die Region noch weiter aus. Waldbrände können sich aufgrund der warmen Winde schnell ausbreiten.
(Abb. slide 22)
…
Der Wind - lokale Winde
Nenne lokale Winde?
See- und Landpriese (Spezialfall: Monsun)
Berg-Tal-Zirkulation
Föhn/Chinook
Santa Ana Winde
Wind Ressourcen in der EU
–> siehe slide 23 (bzw. 22)!
…
Windgeschwindigkeiten ändern sich mit der Höhe.
Wahr/Falsch?
WAHR
Was versteht man unter der Atmosphärischen Grenzschicht?
Ist die unterste Schicht der Atmosphäre und ist beeinflusst durch die Erdoberfläche
Atmosphärischen Grenzschicht
1) Am Boden liegt kaum eine Luftbewegung vor. Warum?
2) Wie verhält sich der Wind und Turbulenzen mit steigender Höhe?
1) Wegen der Reibung
–> deshalb ist auch die Windgeschwindigkeit am Boden nahe 0
2)
Windgeschwindigkeit erhöht sich mit der Höhe
–> die Luftbewegung ist dabei von Turbulenzen und Reibung geprägt
Die Turbulenz nimmt mit der Höhe ab und der Wind nähert sich der Richtung und Geschwindigkeit des Geostrophischen Windes an
Atmosphärische Grenzschicht
Die Turbulenz nimmt mit der Höhe zu und der Wind nähert sich der Richtung und Geschwindigkeit des Geostrophischen Windes an.
Wahr/Falsch?
FALSCH
–> Die Turbulenz nimmt mit der Höhe ZU und der Wind nähert sich der Richtung und Geschwindigkeit des Geostrophischen Windes an.
