Untersuchung von Wasserdampfstrukturen in ERA-Interim - Userpage

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1 Einleitung
Wasserdampf hat aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften, sowohl in der Atmosphäre
als auch im globalen Klimasystem, eine bedeutende Rolle. Er ist in Raum und Zeit
stark inhomogen in der Atmosphäre verteilt, wobei er einen Anteil von bis zu 4% an der
Luft haben kann. [Kraus, 2004]
Von besonderer Bedeutung ist vor allem die physikalische Eigenschaft, dass bei der Änderung
des Aggregatzustands, des in der Atmosphäre vorkommenden Stoffes Wasser,
ständig Energie in Form von Wärme, die man auch als latente Wärme bezeichnet, benötigt
oder abgegeben wird. So wird beispielsweise bei der Verdunstung, auch als Evaporation
bezeichnet, eine Wärmeenergie von 2.500 kJ
kg
benötigt [Kraus, 2004]. Genau diese Energie
wird bei der Kondensation wieder abgegeben, weshalb man diese Wärmeenergie auch als
Verdunstungs- oder Kondensationswärme bezeichnet. Da Wasser in allen drei Aggregatzuständen
in der Erdatmosphäre auftreten kann, finden ständig Phasenumwandlungen bzw.
Energieumsätze statt, wodurch wiederum der Wasserdampftransport mit einem ständigen
horizontalen und vertikalen Energietransport verbunden ist. Somit ist Wasserdampf ein
wichtiger Faktor bei der Bildung von Wolken und Niederschlag und hat Einfluss auf die
Bildung von Zyklonen und auf die globale Zirkulation.
Eine weitere wichtige Eigenschaft des Wasserdampfs ist seine Wechselwirkung mit elektromagnetischer
Strahlung in allen Wellenlängenbereichen vom Sichtbaren bis zum Mikrowellenbereich.
In Abbildung 1 auf der nächsten Seite ist im oberen Teil die emittierte Strahlung
von Schwarzkörpern mit Strahlungstemperaturen von 6.000K und 255K dargestellt, was
der solaren Einstrahlung in
W
m 2 srµm
W
m 2 µm
(gelbe Kurve) und der terrestrischen Ausstrahlung in
(rote Kurve) entspricht, wenn keine Absorption durch atmosphärische Bestandteile
stattfinden würde. Im unteren Teil der Abbildung ist zudem das Absorptionsvermögen
des Wasserdampfs in Prozent dargestellt, wobei die schwarzen Bereiche die Wasserdampfabsorption
kennzeichnen.
Sowohl in Bereichen der solaren Einstrahlung, z.B. um 0, 8µm, 0, 9µm, 1, 1µm, 1, 4µm,
1, 8µm und zwischen 2, 1µm und 3, 2µm, aber auch im Bereich der thermischen Strahlung
um 6, 3µm und ab 13µm absorbiert Wasserdampf [Wissenschaft Online, nd]. Da
nach Kirchhoff Gase, wie der Wasserdampf, die absorbierte Strahlung einer bestimmten
Wellenlänge auch wieder emittieren können, wird ein gewisser Teil der Strahlung in
Richtung Erdoberfläche re-emittiert, was ein zusätzliches Aufheizen bewirkt. Der Anteil
April 2013
Nicole Docter, FU-Berlin