Wetter & Klima
Skript MEN
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Was ist der Unterschied zwischen dem trocken- und dem feuchtadiabatischem Gradient?
- Der feuchtadiabatische Temperaturgradient ist kleiner als der trockenadiabatische Temperaturgradient, weil beim Übergang von Gasförmigen zustand in flüssig Kondensationswärme freigesetzt wird.
- Führt dazu das Umgebungsluft weniger schnell abkühlen kann mit zunehmender Höhe.
Video
Energie - Wassertransport
- Energie geht nie verloren, sondern wird nur umgewandelt.
- Bei der Verdunstung wird Wärme verbraucht, bei der Kondensation wird die Wärme wieder freigesetzt.
Wie gross ist der trockenadiabatische Temperaturgradient?
-1°C/100m
-1°C/100m
Wie gross ist der feuchtadiabatische Temperaturgradient?
-0.6°C/100m
- Eine Luftmasse bewegt sich von Süden nach Norden über ein Gebirge und kühlt sich bis zu einer Höhe von 500m trockenadiabatisch um 1°C pro 100m ab.
- Auf dieser Höhe erreicht die Luft bei einer Temperatur von 15°C eine relative Luftfeuchtigkeit von 100%, wodurch es zur Kondensation und Wolkenbildung kommt.
- Ab 500m Höhe kühlt sich die Luft feuchtadiabatisch um 0.6°C pro 100m ab, bis sie auf 2500m Höhe eine Temperatur von 3°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 100% erreicht.
- Wenn die Luft auf der Leeseite des Gebirges sinkt, erwärmt sie sich trockenadiabatisch um 1°C pro 100m und erreicht auf einer Höhe von 500m eine Temperatur von 23°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 27%.
Föhnmauer
Wolken über Gebirgskamm
Föhnfenster
Wechsel zu blauem Himmel, zunehmende Temperatur ⇒ Luftfeuchtigkeit verdunstet.
Föhnlinsen
Luftmasse fliesst wellenartig hinunter, auf Wellenberg erreicht Luft z.T. wieder Kondensationspunkt und es bilden sich Föhnlinsen.
Luftmasse fliesst wellenartig hinunter, auf Wellenberg erreicht Luft z.T. wieder Kondensationspunkt und es bilden sich Föhnlinsen.
Föhnbildung Zusammenfassung
AufLuvseitegibtesdurchStaulagelanganhaltende,tlw.ergiebigeNiederschläge.
- Auf Luvseite gibt es durch Staulage langanhaltende, tlw. ergiebige Niederschläge.
- Auf Leeseite bringt der böig wehende Föhn eine starke Temperaturerhöhung und gute Fernsicht mit sich (weniger Wasserteilchen drin, wenig Feinstaub, da vorher Regen).
- Beim Absinken lösen sich die Wolken auf (Verdunstung), Föhnlinsen, -fenster und –mauer zeigen Föhnsituation.
Niederschlag
- Wenn die Temperatur einer Luftmasse den Taupunkt unterschreitet, kondensiert der Wasserdampf und bildet kleine Wassertröpfchen, die sich um Kondensationskerne bilden.
- Kerne: Staub, Abgasen oder Salzteilchen, die in der Luft schweben.
- Reine Luft etwa 1000 Kondensationskerne pro Kubikzentimeter, Grosstätte 100 fache oder mehr
- Tröpfchen verbleiben in Atmosphäre und können als Nebel oder Wolke wahrgenommen werden.
- Wolkentröpfchen stossen zusammen, vereinigen sich bis sie schliesslich regnen
- Etwa eine Million Wolkentröpfchen, um einen Regentropfen zu bilden und eine Wolkenmächtigkeit von mindestens 1500m, um genügend grosse Wassertropfen für Niederschlag zu bilden.
Einteilung Wolken
- Cumulus- oder Haufenwolken (lat. «cumulus» = Haufen)
Sie sind das Ergebnis der Konvektion, des Aufsteigens warmer Luft in kältere Umgebungsluft. - Stratus- oder Schichtwolken (griech. «stratos» = Schicht)
Sie entstehen durch Advektion, das Aufgleiten wärmerer auf kältere Luft.
Niederschlagwolken
Wolken aus denen Niederschlag fallen kann sind Wolken mit einer Wolkenmächtigkeit von 1500m.
Also Cumulonimbus und Nimbostratus.
Gewitterregen
Konvektion
Erwärmte Luft steigt, kühlt sich ab ⇒ Feuchtigkeit kondensiert zu Wassertröpfchen
Starke Konvektion ⇒ Cumulonimbus ⇒ Wärmegewitter.
Steigungsregen
Staulage beim Föhn
Luftmassen treffen auf Gebirge ⇒ zum Aufsteigen gezwungen ⇒ Abkühlen und Kondensation, Steigungsregen aus Nimbostratus
Störungsregen bei Warmfront
Advektion (das Aufgleiten wärmerer auf kälterer Luft)
Störungsregen Warmfront: warme feuchte gleiten auf kalte dichte Luftmassen ⇒ warme Luft kühlt bei Aufsteigen ab ⇒ Wolkenbildung Cirrus & Cirrostratus kündigen Warmfront an Nimbostratus & Altostratus, Wolkendecke senkt sich, Niederschlag
Feuchtigkeit kondensiert langsam aber kontinuierlich (Luft steigt nur langsam und flach an)
-warme Luft hat geringere Dichte als kalte Luft!
Störungsregen bei Kalfront
Konvektion
An Kaltfront, kalte Luftmassen schieben sich unter leichte Warmluft ⇒ Warmluft in höhere Lagen verdrängt ⇒ hohe Wolkentürme (Cumulonimbus), Gewitterartiger Niederschlag an Kaltfront, kurze Schauer, grosse Tropfen
Altocumulus
Altostratus
Cirrus
Wetter Definition
- Kurzfristige Beobachtungen von Klimaelementen an einem Ort.
- Beobachtungen über kurzen Zeitraum -> 1 Stunde bis 1 Tag.
- Beobachtungen an einem Ort, als z.B. in einer Stadt/einem Dorf.
- Wenn es heute hier (z.B. in Solothurn oder Basel oder Bern) regnet, spricht man von Wetter.
Witterung Definition
Wie Wetter, nur mehrere Tage (bis Jahreszeit)
Klima Definition
- Wetter bzw. Wetterveränderung in einem bestimmten Zeitabschnitt von mehreren Monaten bis zu mehreren Jahren.
- Das Wort Klima ist ein Sammelbegriff für alle Vorgänge in der Atmosphäre, an einem bestimmten Ort, über einen längeren Zeitraum.
- Klima darf auf keinem Fall mit Wetter gleichgesetzt werden.
- Das Wetter ist zwar auch ein Sammelbegriff für meteorologische Vorgänge, jedoch unterscheiden sich diese beiden Begriffe bzgl. Ihrer zeitlichen Gültigkeit.
Mikroklima Definition
Sehr kleines Gebiet (z.B. Zimmer, Wald), höchsten paar km
Makroklima Definition
Grosser Teil der Erde (Kontinente/auch ganze Erde)
Bsp. Passatwinde
Mesoklima Definition
Landschaft/Region (z.B. Mittelmeer, Insel, Tal), paar Hektar bis mehrere 100km
Was sind die fehlenden Begriffe
In welcher Sphäre findet das Wetter (z.B. Regenfälle) statt?
Troposphäre (0-13km)
Atmosphäre
- schützt vor schädlicher bzw. tödlicher Strahlung.
- lässt Sonnenlicht als lebensnotwendige Energiequelle durch.
- schütz vor Auskühlung und Überhitzung.
- Durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde ermöglicht. Niederschlagsverteilung.
- Hauptspeicher für Stickstoff.
- Reservoir für Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff.
- verteilt und baut Emissionen ab.
- Schutz vor kleineren Meteoriten.
Ozonschicht
- Entsteht in 15 und 50 km Höhe auf natürliche Weise.
- Ultraviolettes Licht spaltet Sauerstoffmoleküle ins einzelne Sauerstoffatome, die sich an andere Sauerstoffmoleküle anklammern und so Ozonmoleküle bilden.
- Absorbiert die harte ultraviolette Strahlung. Ohne Schutz wäre Leben nicht möglich.
«Ozon – oben zu wenig, unten zu viel!» Was meint diese Aussage?
- Zu viel Ozon in Troposphäre, zu wenig in Stratosphäre
- In Troposphäre: verstärkt Treibhausgaseffekt, Ozon in der Lunge führt zu Erkrankungen
- In Stratosphäre: schützt vor Strahlung (UV), ansonsten zerstörte Zellen Hautkrebs, Temperatur zunächst tief, nimmt aber zu (Stratopause), da UV-Strahlen absorbiert werden
- FCKW: geht in Atomsphäre, Verbindungen, die mit O3-Molekülen reagieren und diese abbauen
Klimaelement Definition
- Das Wort „Klima“ weist darauf hin, dass die in diesem Begriff zusammengefassten Erscheinungen auf die Neigung der Erdachse zur Ekliptik, die Erdumlaufbahn um die Sonne und auf die im Jahresablauf sich somit verändernden Sonnenstrahl-Einfallswinkel zurückzuführen sind.
- Zu den Klimaelementen zählen wir sechs grundlegende, mit meteorologischen Messinstrumenten erfassbare Wettergrössen:
- Sonneneinstrahlung
- Lufttemperatur
- Luftfeuchtigkeit
- Niederschlag
- Luftdruck
- Wind
- Die Klimaelemente sind veränderliche physikalische Grössen der Atmosphäre, deren Entwicklung das Klima eines Gebiets prägt.
- Mit den Klimaelementen wird das Klima eines Ortes möglichst umfassend beschrieben.
Kurzwellige Strahlung
- Auch solare Strahlung genannt.
- Der von der Sonne ausgehende Strahlungsstrom und alles, was durch Reflexion und Streuung hervorgeht.
- Umfasst vor allem die UV-Strahlung.
- Schädlich, wird aber in Atmosphäre abgeschwächt (ca. 50% wird absorbiert und in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt)
Videos: https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8125 und https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8126
Langwellige Strahlung
- Auch terrestrische Strahlung oder Wärmestrahlung genannt.
- Der von der Erdoberfläche oder von Bestandteilen der Atmosphäre (Wolken, Wasserdampf, Kohlendioxid etc.) ausgehende Strahlungsform.
- Umfasst vor allem die infrarote Strahlung.
Videos: https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8125 und https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8126
Absorption
Das Aufnehmen der Strahlungsenergie (kurzwellige Strahlung) und Umwandeln in Wärmeenergie bzw. Wärmestrahlung (langwellige Strahlung).
Videos: https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8125 und https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8126.
Albedo
- Das Mass für das Rückstrahlvermögen von nicht selbst leuchtenden Oberflächen.
- Wird in Prozentzahlen ausgedrückt.
- Hellere Oberflächen besitzen normalerweise ein höheres Rückstrahlvermögen als dunklere Oberflächen.
- Reflexionsvermögen von nicht selbst-strahlenden Objekten, Verhältnis einfallende zu reflektierter Strahlung (je höher Zahl, desto mehr wird reflektiert)
Videos: https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8125 und https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8126.
Beschreibe den Treibhauseffekt in Bezug auf die Wärmestrahlungen.
Videos: https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8125 und https://media.ksso.ch/sg_geographie#/asset/8126.
Solarkonstante
- Die Energie für das gesamte Wettergeschehen stammt von der Sonne.
- Die an der Atmosphärenoberfläche zur Verfügung stehende eingestrahlte Energie beträgt, senkrecht zur Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen gemessen, 1370 W/m2.
Höchste Intensität
- Die Energie der Sonne weist ihre höchste Intensität im kurzwelligen Bereich auf.
- Das heisst, die Erde erhält die Energie als UV- und Lichtstrahlung.
Treibhauseffekt
- Sonnenstrahlung wird von der Erde aufgenommen und trägt zur Erwärmung der Erdoberfläche bei.
- Dabei wird ein Teil der Strahlung (kurzwellig) von der Atmosphäre absorbiert, während ein anderer Teil direkt oder indirekt bis zum Boden gelangt.
- Die Erde strahlt dann Wärmeenergie in Form von langwelligen Strahlen ab, die von der Atmosphäre aufgenommen werden.
- Es wird auch erwähnt, dass die Verdunstung von Wasser und Turbulenzen in der Atmosphäre ebenfalls Energie in die Atmosphäre transportieren.
- Dieser Prozess wird als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet.
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Lernkarten
Wie beeinflusst die Bewölkung die Lufttemperatur?
Bewölkung gleicht den Tagesgang der Temperaturen etwas aus, indem die Sonnenstrahlung tagsüber nur indirekt in Bodennähe auftrifft und die nächtliche Ausstrahlung (Abkühlung) durch die Bewölkung gemildert wird.
(Zirkulation)
Welche Faktoren beeinflussen die Lufttemperatur?
- Geographische Breite
- Jahreszeit
- Tageszeit
- Höhe
- Exposition
- Luftmassen
- Meeresströmungen
- Kontinentalität (Lage zum Meer)
- Bewölkung
Isotherme
Linie, die Orte mit selber Temperatur verbindet
Inversionslage
- Als Inversion (Umkehr) wird eine Wetterlage bezeichnet, in der die Temperatur in Bodennähe tiefer ist als in der darüber liegenden Luftschicht.
- Damit wird etwa in Tallagen eine Durchmischung der Bodenluftschicht mit der freien Atmosphäre verhindert.
- Die Luftschadstoffe bleiben im Talboden «gefangen» und reichern sich von Tag zu Tag weiter an.
Temperaturmittelwerte
- Aus den während eines Tages zu festen Zeiten gemessenen Temperaturen wird ein Tagesmittelwert ermittelt.
- Aus den mittleren Tagestemperaturen ergibt sich das Monatsmittel, aus den Monatsmitteltemperaturen die Jahrestemperatur.
- Nach 10 bzw. nach 30 Jahren lassen sich Jahresmittelwerte berechnen.
- Klimadiagramme zeigen meist über 30 Jahre gemittelte Monatstemperaturen auf.
Wasserdampf
- Durch Verdunstung gelangt Wasserdampf hauptsächlich von den Ozeanoberflächen in die Atmosphäre.
- Luft hat also die Fähigkeit, Wasser in gasförmigem Zustand aufzunehmen.
- Dieses zu Gas gewordene Wasser heisst Wasserdampf ist unsichtbar und geruchslos.
Wie verdunstet Wasser?
Wasser verdunstet umso rascher
- je höher die Temperatur der Luft
- je grösser die Oberfläche des Wassers
- je stärker die Luftbewegung über dem Wasser
- je höher die Temperatur des Wassers ist.
Absolute Luftfeuchtigkeit
Die in einem Kubikmeter Luft enthaltene Wasserdampfmenge wird als absolute Luftfeuchtigkeit bezeichnet und in g/m3 angegeben.
Sättigungsmenge
- Die Sättigungsmenge ist die Menge an Wasserdampf, die eine Luftmasse bei einer bestimmten Temperatur maximal aufnehmen kann.
- Die Sättigungsmenge ist somit abhängig von der Temperatur.
- Warme Luft vermag bedeutend mehr Wasserdampf aufzunehmen als kalte.
- Die Sättigungsmenge wird in Gramm Wasserdampf pro Kubikmeter angegeben.
Relative Luftfeuchtigkeit
- Momentan in der Luft vorhandene Wasserdampfmenge bezüglich der Sättigungsmenge
- Lässt sich aus der Sättigungsmenge und der absoluten Luftfeuchtigkeit berechnen
Taupunkt
- Temperatur auf die ein Luftpaket abgekühlt werden muss, damit Kondensation eintritt.
- Dabei gilt: Je höher die Temperatur, desto mehr Wasserdampf vermag eine Luftmasse bis zur Sättigung aufzunehmen.
Kondensation
- Kondensation ist das Gegenteil von Verdunstung.
- Wird feuchte Luft abgekühlt, so steigt die relative Luftfeuchtigkeit.
- Ist die Sättigungsmenge erreicht, beträgt also die relative Luftfeuchtigkeit 100%
- So ist die gesättigte Luft bei weiterer Abkühlung gezwungen, einen Teil des getragenen und unsichtbaren Wasserdampfs in Form von kleinen, schwebenden Wassertröpfchen auszuscheiden. ⇒ Dunst oder Nebel werden sichtbar.
Was bedeutet adiabatisch
Wenn die Luftmasse die Temperatur nur durch Aufsteigen oder Absinken verändert
Was ist der Unterschied zwischen dem trocken- und dem feuchtadiabatischem Gradient?
- Der feuchtadiabatische Temperaturgradient ist kleiner als der trockenadiabatische Temperaturgradient, weil beim Übergang von Gasförmigen zustand in flüssig Kondensationswärme freigesetzt wird.
- Führt dazu das Umgebungsluft weniger schnell abkühlen kann mit zunehmender Höhe.
Video
Energie - Wassertransport
- Energie geht nie verloren, sondern wird nur umgewandelt.
- Bei der Verdunstung wird Wärme verbraucht, bei der Kondensation wird die Wärme wieder freigesetzt.
Wie gross ist der trockenadiabatische Temperaturgradient?
-1°C/100m
-1°C/100m
Wie gross ist der feuchtadiabatische Temperaturgradient?
-0.6°C/100m
- Eine Luftmasse bewegt sich von Süden nach Norden über ein Gebirge und kühlt sich bis zu einer Höhe von 500m trockenadiabatisch um 1°C pro 100m ab.
- Auf dieser Höhe erreicht die Luft bei einer Temperatur von 15°C eine relative Luftfeuchtigkeit von 100%, wodurch es zur Kondensation und Wolkenbildung kommt.
- Ab 500m Höhe kühlt sich die Luft feuchtadiabatisch um 0.6°C pro 100m ab, bis sie auf 2500m Höhe eine Temperatur von 3°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 100% erreicht.
- Wenn die Luft auf der Leeseite des Gebirges sinkt, erwärmt sie sich trockenadiabatisch um 1°C pro 100m und erreicht auf einer Höhe von 500m eine Temperatur von 23°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 27%.
Föhnmauer
Wolken über Gebirgskamm
Föhnfenster
Wechsel zu blauem Himmel, zunehmende Temperatur ⇒ Luftfeuchtigkeit verdunstet.
Föhnlinsen
Luftmasse fliesst wellenartig hinunter, auf Wellenberg erreicht Luft z.T. wieder Kondensationspunkt und es bilden sich Föhnlinsen.
Luftmasse fliesst wellenartig hinunter, auf Wellenberg erreicht Luft z.T. wieder Kondensationspunkt und es bilden sich Föhnlinsen.
Föhnbildung Zusammenfassung
AufLuvseitegibtesdurchStaulagelanganhaltende,tlw.ergiebigeNiederschläge.
- Auf Luvseite gibt es durch Staulage langanhaltende, tlw. ergiebige Niederschläge.
- Auf Leeseite bringt der böig wehende Föhn eine starke Temperaturerhöhung und gute Fernsicht mit sich (weniger Wasserteilchen drin, wenig Feinstaub, da vorher Regen).
- Beim Absinken lösen sich die Wolken auf (Verdunstung), Föhnlinsen, -fenster und –mauer zeigen Föhnsituation.
Niederschlag
- Wenn die Temperatur einer Luftmasse den Taupunkt unterschreitet, kondensiert der Wasserdampf und bildet kleine Wassertröpfchen, die sich um Kondensationskerne bilden.
- Kerne: Staub, Abgasen oder Salzteilchen, die in der Luft schweben.
- Reine Luft etwa 1000 Kondensationskerne pro Kubikzentimeter, Grosstätte 100 fache oder mehr
- Tröpfchen verbleiben in Atmosphäre und können als Nebel oder Wolke wahrgenommen werden.
- Wolkentröpfchen stossen zusammen, vereinigen sich bis sie schliesslich regnen
- Etwa eine Million Wolkentröpfchen, um einen Regentropfen zu bilden und eine Wolkenmächtigkeit von mindestens 1500m, um genügend grosse Wassertropfen für Niederschlag zu bilden.
Einteilung Wolken
- Cumulus- oder Haufenwolken (lat. «cumulus» = Haufen)
Sie sind das Ergebnis der Konvektion, des Aufsteigens warmer Luft in kältere Umgebungsluft. - Stratus- oder Schichtwolken (griech. «stratos» = Schicht)
Sie entstehen durch Advektion, das Aufgleiten wärmerer auf kältere Luft.
Niederschlagwolken
Wolken aus denen Niederschlag fallen kann sind Wolken mit einer Wolkenmächtigkeit von 1500m.
Also Cumulonimbus und Nimbostratus.
Gewitterregen
Konvektion
Erwärmte Luft steigt, kühlt sich ab ⇒ Feuchtigkeit kondensiert zu Wassertröpfchen
Starke Konvektion ⇒ Cumulonimbus ⇒ Wärmegewitter.
Steigungsregen
Staulage beim Föhn
Luftmassen treffen auf Gebirge ⇒ zum Aufsteigen gezwungen ⇒ Abkühlen und Kondensation, Steigungsregen aus Nimbostratus
Störungsregen bei Warmfront
Advektion (das Aufgleiten wärmerer auf kälterer Luft)
Störungsregen Warmfront: warme feuchte gleiten auf kalte dichte Luftmassen ⇒ warme Luft kühlt bei Aufsteigen ab ⇒ Wolkenbildung Cirrus & Cirrostratus kündigen Warmfront an Nimbostratus & Altostratus, Wolkendecke senkt sich, Niederschlag
Feuchtigkeit kondensiert langsam aber kontinuierlich (Luft steigt nur langsam und flach an)
-warme Luft hat geringere Dichte als kalte Luft!
Störungsregen bei Kalfront
Konvektion
An Kaltfront, kalte Luftmassen schieben sich unter leichte Warmluft ⇒ Warmluft in höhere Lagen verdrängt ⇒ hohe Wolkentürme (Cumulonimbus), Gewitterartiger Niederschlag an Kaltfront, kurze Schauer, grosse Tropfen
Altocumulus
Altostratus
Cirrus
