Klimatologie Meteorologie

KlimatologieMeteorologie1. Atmosphäre2. Klimaelemente (veränderliche physikalische Grössen)2.1. Sonneneinstrahlung2.2. Lufttemperatur2.3. Luftdruck2.4. Winde2.5. Luftfeuchtigkeit2.6. Niederschlag3. Klimafaktoren (erdoberflächenabhängige Grössen)

AtmosphäreZusammensetzung:• 78% Stickstoff• 21% Sauerstoff• 0.9% Argon• 0.0038% CO2

Klimaelement TemperaturMessinstrument:ThermometerMessgrösse:oC(Celsius oder Kelvin)

Klimaelement LuftdruckMessinstrument:BarometerMessgrösse:hPa/bar

Klimaelement LuftdruckDie Luftteilchen unterliegen wie alle Körper auf der Erde derSchwerkraft (Anziehungskraft der Erde). Luft hat also einGewicht, und zwar ein recht erhebliches:1m 3 =1.25kg (auf Meereshöhe)Die unterschiedliche Erwärmung und damit auch dieunterschiedliche Ausdehnung nebeneinander liegenderLuftmassen führt zu Druckunterschieden, die horizontaleAusgleichsbewegungen (=Winde) zur Folge haben. Imallgemeinen wirken drei Kräfte auf horizontaleLuftbewegungen.Horizontal wirkende Kräfte:• Gradientkraft (g)• Corioliskraft (c)• Reibung (r)

Luftdruck und GradientkraftDie Gradientkraft ist jeneKraft welche dieDruckunterschiedebenachbarter Luftmassenausgleichen will. Sie setztdie Luftmassen inBewegung und wirktstärker, je grösser dasDruckgefälle zwischenden Luftmassen ist.HT

Luftdruck und CorioliskraftDie Corioliskraft wirkt aufjedes Luftteilchen derart,dass eine Ablenkung ausder ursprünglichenRichtung zustandekommt. Physikalischgesehen ist dieCorioliskraft keine echte,sondern eine Scheinkraft,die durch die Erddrehungund die Trägheit derLuftmassen entsteht.

Luftdruck und ReibungSie ist im untersten Teil der Troposphäre, in der Grundschicht (bis ca.1500m über Grund) wirksam. Sie reduziert die Windgeschwindigkeit.z.B die Windgeschw. In einer Strasse eines Ortes ist kleiner als auf demoffenen Feld.

„Klimaelemente“ WindMessinstrument:AnemometerMessgrösse:Geschwindigkeit (km/h,m/sec)Richtung (Immer nachHerkunftsrichtung)

Spezielle Windphänomene

Klimaelement Feuchtigkeit• Wasser in der Atmosphäre: Kleinste Wassertröpfchen, die in der Luftschweben (Nebel, Dunst)• Wasserdampf in der Atmosphäre: Wasser in unsichtbarem gasförmigemZustand als Bestandteil der Luft (=Luftfeuchtigkeit)• Fa: Absolute Luftfeuchtigkeit: Unter absoluter Feuchtigkeit versteht mandie in einem Kubikmeter Luft enthaltene Wassermenge in g/m3.• Fs: Maximale Luftfeuchtigkeit: Die maximale Luftfeuchtigkeit ist diemaximale mögliche Feuchtigkeit in g/ m3 welche die Luft bei einerbestimmten Temperatur aufnehmen kann. Die Luft, welche ein Maximum anFeuchtigkeit aufgenommen hat, bezeichnet man als gesättigt, die relativeFeuchtigkeit beträgt dann 100%.• Fr: Relative Luftfeuchtigkeit: Sie ergibt sich aus dem Verhältnis von in derLuft tatsächlich vorhandener zu maximal möglicher Wasserdampfmenge.• Fd: Sättigungsdefizit: Differenz zwischen maximal möglicher und tatsächlichvorhandener Wasserdampfmenge wird als Sättigungsdefizit bezeichnet. (%oder g/ m3)• Tp: Taupunkt: Der Taupunkt bezeichnet diejenige Temperatur, bei der einevorhandene Wasserdampfmenge die Luft sättigt.

Klimaelement FeuchtigkeitErgänzungen:• Der absolute Wassergehalt ändert nur dann, wenn Wasser zugeführt oderausgeschieden wird.• Durch Abkühlung steigt die relative Luftfeuchtigkeit an. Wenn der Taupunkterreicht ist, beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100%. Bei weitererAbkühlung wird aus Wasserdampf schliesslich Wasser, es bildet sich Nebeloder Niederschlag. Bei Erwärmung der Luft sinkt die relative Feuchtigkeit.• Wie erwähnt, enthält gesättigte Luft ein Maximum an Wasserdampf. Beiverschiedenen Temperaturen kann die Luft unterschiedliche MengenWasserdampf aufnehmen bis Sättigung erreicht ist:

SättigungskurveTaupunktkurve

Klimaelement FeuchtigkeitAufgaben:• Weshalb trocknen Sie ihre Haare mit einem Föhn?• Weshalb braucht man nur im Winter Luftbefeuchter?• Sie kochen Spaghetti: Weshalb dampft es über der Pfanne?• Nach einer warmen Dusche stellen Sie fest, dass dasBadezimmerfenster beschlagen ist: Weshalb?• Weshalb kommt es an warmen Sommertagen abends häufig zukräftigen Gewittern?• Sommertag: Morgens: Lufttemperatur + 20°C; Luftfeuchtigkeit 95%.Nun erwärmt sich die Luft stark. Was passiert bezüglichWolkenbildung im Verlaufe des Tages? Was passiert, wenn dieTemperatur am Abend unter 20°C sinkt? Wann beginnt es zuregnen? Berechnen Sie Sättigungsdefizit und bestimmen Sie denTaupunkt.• Die absolute Feuchtigkeit beträgt 25 g/m3 . Wie gross ist die relativeLuftfeuchtigkeit, wenn die Temperatur 30°C beträgt.• Die relative Luftfeuchtigkeit beträgt 25% Wie gross ist die absoluteLuftfeuchtigkeit, wenn die Temperatur bei 40°C liegt.

Klimaelement FeuchtigkeitFeuchtigkeit – Wärme – Temperatur• Mit dem spontanen Austritt von Wassermolekülen (d.h. ohne Energiezufuhrvon aussen) aus dem Verband des Wassers in die Atmosphäre ist ein Verlustan thermischer Energie für das Wasser verbunden. (Verdunstungskälte) DieDampfteilchen führen diesen Wärmeanteil in versteckter Form mit sich(Latente Wärme).• Beim Eintritt von Wassermolekülen aus der Atmosphäre ins Wasser gewinntdieses thermische Energie (Kondensationswärme); dieser Wärmeanteilentspricht der latenten Wärme der kondensierten Dampfteilchen.Temperaturgradienten• Nicht gesättigte Luft (Rel. Luftfeuchtigkeit immer unter 100%, keineWolkenbildung) kühlt sich beim Aufsteigen um 1°C pro 100 m ab.(Trockenadiabatische Abkühlung).• Gesättigte Luft (Rel. Luftfeuchtigkeit 100%, Kondensation, Wolkenbildung)kühlt sich wegen der freiwerdenden Kondensationswärme nur um 0.5°C pro100m ab (Feuchtadiabatische Abkühlung).• Da sich absteigende Luft erwärmt und damit die rel. Luftfeuchtigkeit unter100% sinkt, ist beim Absinken von Luft immer mit 1°C pro 100m zu rechnen.

Niederschlag KonvektiverNiederschlag (u.a. Zenitalregen)Aufsteigende Luft kühltsich ab und es kommtdabei zu Niederschlag (inden Tropen alsZenitalregen beschrieben).Bei uns entstehen dabeiGewitter

Niederschlag Steigungsregen:Werden Luftmassengezwungen, ein Gebirgezu übersteigen, kühltsich die Luft auf derLuvseite beim Aufsteigenab, es entstehenSteigungsregen.

Niederschlag Zyklonal- oderFrontalniederschlägePrallen Luftmassenunterschiedlicher Temperaturaufeinander, entstehenStörungsregen: Esentstehen entwederAufgleitregen (Landregen)wenn eine Warmfrontdurchzieht oderFrontgewitter, wenn eineKaltfront durchzieht.WarmfrontKaltfront

Niederschlag / WolkenAbsetzender Niederschlagn Taun ReifFallender Niederschlagn Schneen Hageln RegenWolken

Wolken• Die Wolken werden nach ihrer Form undgemäss der Höhe in der sie sich bilden ineinzelne Familien unterteilt:Höhe/FormHohe (Cirro-)Wolken (12km)Mittelhohe (6km)(Alto-) WolkenTiefe (Strato-)Wolken (3km)Stratus-/Schichtwolken•Cirrostratus•Altostratus•StratusCumulus-/Haufenwolken•Cirrocumulus•Altocumulus•Stratocumulus

Cumulus und Cirrocumulus

Stratocumulus

Altostratus

Cumulus congestus wird zuCumulonimbus

Klimafaktoren…. sind geografische Gegebenheiten,welche die Klimaelemente beeinflussen.– Geografische Breite– Höhenlage– Lage zum Meer/Kontinentalität– Exposition– Meeresströmungen

Geografische BreiteSie bestimmt denjahreszeitlich geprägtenEinfallswinkel derSonnenstrahlen unddamit denEnergieeinfall, welcherweitgehend dieDurchschnittstemp.bestimmt. So erhaltenwir die Klimazonen :

HöhenlageDie Höhenlage ist in Bezugauf das Wetter und dasKlima ein wichtigerKlimafaktor. Mitzunehmender Höhenehmen der Luftdruck unddie Temperatur ab. Es istdamit möglich, dass wir inder Tropenzone Schneeund Eis antreffen, wenn wirhoch genug aufsteigen.Januar- und Julitemperatur von Bern, Grindelwald und St. Gotthard.BernGrindelwaldSt.GotthardJanuar-1 o C-3.5 o C-7.4 o CJuli16.5 o C12.5 o C8.1 o C

Lage zum Meer / KontinentalitätDie Wassermassen haben einen ausgleichendenEinfluss auf die Temperaturschwankungen. ( Wasserkühlt sich wegen seiner grossen Wärmekapazitätlangsamer ab, erwärmt sich aber auch langsamer).Dadurch wird das Klima beeinflusst.BergenStockholmSt.PetersburgTobolskJanuar2.5 o C-2.5 o C-7.5 o C-15 o CJuli16.25 o C18.75 o C18.75 o C18.75 o CDifferenz14 o C21 o C26 o C34 o C

Lage zum Meer / Kontinentalität• Maritimes/ozeanisches (meernah) Klima istgekennzeichnet durch geringe Schwankungenzwischen Temperaturminima und –maxima.• Kontinentales (meerfern) Klima istgekennzeichnet durch hohe Schwankungenzwischen Temperaturminima und –maxima.

ExpositionUnter Exposition versteht man die schiefwinklige Lageeines Hanges bezüglich der Horizontalen und zurEinfallsrichtung und Steilheit der Sonnenstrahlen. Aufder Nordhalbkugel hat ein Südhang einen steilerenEinfallswinkel der Sonnenstrahlung als einnordexponierter Hang (Rebberge in der Schweiz sindan Südhängen in Spalierlage, viele weniger hochgelegene Skigebiete nutzen Nordhänge).

MeeresströmungenWassermassen haben, wie vorher erwähnt, eine grosseWärmekapazität. Sie werden beispielsweise nur langsamerwärmt. Strömt nun Wasser aus polnahen Gebieten inwärmere Regionen wird dieses Wasser nur langsam erwärmt,die Kälte wird also über grössere Distanzen verfrachtet. Dieaus kalten Gebieten kommenden Meeresströmungen führendaher zur Abkühlung der Luft, jene aus wärmeren Regionenzur Erwärmung der Luft.Der Golfstrom aus dem Golfvon Mexiko führt inSchottland/Norwegen zueinem wärmeren Klima als esin diesen Breitengraden zuerwarten wäre.