Meteorologie 1.2 UI13 2. Semester

Meteorologie 1.2 UI13 ZHAW Wädenswil 2. Semester (FS14) Lernziele 03 - 04

Meteorologie 1.2 UI13 ZHAW Wädenswil 2. Semester (FS14) Lernziele 03 - 04


Kit No
Diese Lernkarten decken grundlegende meteorologische Konzepte auf Universitätsniveau ab. Sie konzentrieren sich auf die Eigenschaften von Luft, einschließlich Temperatur, Wasserdampf, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit, sowie auf die verschiedenen Schichten der Atmosphäre und deren Eigenschaften. Studierende der Meteorologie profitieren davon, da sie wichtige Begriffe und Prozesse wie Taupunkt, Luftdichte und die Bildung von Gewittern verstehen lernen.
Karten
41
Lernende
6
Sprache
Deutsch
Kategorie
Physik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
10.03.2014 / 20.01.2021

Lernkarten

Welche Parameter werden bei einer Radiosondierung aufgezeichnet?

  • Temperatur

  • Taupunkt (Feuchtigkeit)

  • Windrichtung

  • Windgeschwindigkeit 

 

Erkläre den Ausdruck "Abiatische Prozesse".

  • Bei adiabatischen Prozessen wird weder Energie zu- noch abgeführt.

  • Bei vertikalem Aufstieg eines Luftpakets sinkt die Temperatur aufgrund des abnehmenden Luftdrucks

  • Bei vertikalem Abstieg eines Luftpakets steigt die Temperatur aufgrund des zunehmenden Luftdrucks

  • Der Vorgang ist reversibel. 

 

Beschreibe den trockenabiatischen Prozess

  • 1 Grad / 100 Meter

  • Konstanter Wert in allen Höhen und für alle Temperaturen 

 

Beschreibe den feuchtabiatischen Prozess.

  • ~ 0.6 Grad / 100 Meter

  • Kein konstanter Wert

  • +30°C 0,3° / 100m

  • - 30°C 0,9° / 100m

  • Grund: Durch Kondensation von Wasser wird etwas Wärme frei. 

 

Definiere den Begriff "Luftfeuchtigkeit".

  • Ist die Menge dampfförmigen Wassers, welches in der Luft vorhanden ist.
  • Es besteht eine Abhängigkeit zur Temperatur.

Bei hoher Temperatur kann die Luft viel Wasserdampf aufnehmen.

Bei tiefer Temperatur kann die Luft wenig Wasserdampf aufnehmen. 

 

Definiere den Begriff "Taupunkt".

  • Der Taupunkt gibt die Temperatur an, bei welcher der in der Luft enthaltene Wasserdampf zu kondensieren beginnt. (Beginn der Bildung von Wassertropfen oder Eiskristallen.)

  • Wenn Temperatur und Taupunkt gleicht sind, ist die R = 100%

  • Der Taupunkt kann nicht grösser sein als die Temperatur

  • Praktische Anwendung:
    Taupunkt am Abend ≈ Minimaltemperatur
    Kleine Differenz von Temperatur und Taupunkt am Abend deutet auf Nebel 

 

Definiere den Begriff "Instabile Atmosphäre".

  • Luftpaket wird gehoben

  • Es kühlt sich trocken- adiabatisch ab.

  • Es ist wärmer als die Umgebungsluft

  • Es steigt weiter an 

 

Definiere den Begriff "Stabile Atmosphäre".

  • Luftpaket wird gehoben

  • Es kühlt sich trocken- adiabatisch ab.

  • Es ist kühler als die Umgebungsluft

  • Es sinkt an den Ursprungsort zurück 

 

Definiere den Begriff "Bedingte Stabilität".

Falls der vertikale Temperaturgradient grösser ist als 0.6 °C/100m aber kleiner als 1 °C/100m spricht man von bedingter Labilität.

Es gelten folgende Bedingungen:
Stabil bei ungesättigter Luft
Labil bei gesättigter Luft 

 

Sie kennen die Bedingungen für eine labile und stabile Atmosphäre und können diese in einer Radiosondierung erkennen.

?

Wie kann die Atmosphäre stabilisiert, bzw labilisiert werden?

Stabilisiert:

Kaltluftzufuhr in den unteren Schichten

Warmluftzufuhr in den oberen Schichten

Bildung einer Inversion

Labilisiert:

Warmluftzufuhr in den unteren Schichten

Kaltluftzufuhr in den oberen Schichten 

 

Nenne die Voraussetzungen für Gewiter.

  • Genügend Feuchtigkeit

  • Labile Schichtung der Troposphäre

  • Starke tageszeitliche Erwärmung

  • Unten warme Luft, oben kalte Luft

  • Ab der Wolkenbasis muss das Luftpaket feuchtadiabatisch bis zur Tropopause steigen können.

  • Je grösser die Fläche zwischen der Sondierung und der konstruierten Kurve, desto grösser das Potenzial für Gewitter (CAPE = Convectiv Aviable Potential Energy: Zeigt für die zur Konvektion zur Verfügung stehende Energie) 

 

Beschreibe die Winde in einer sich bildenden Gewitterwolke.

x

Erkläre die Windböen am Boden vor einem Gewitter.

  • Mit den Niederschlägen wird aus grosser Höhe kalte Luft zum Boden geführt. Diese Winde erreichen den Boden und breiten sich ringförmig um die Wolke aus.

  • Dadurch gibt es oft vor dem Eintreffen des Gewitters ein plötzliches und kräftiges Auffrischen des Windes.

  • Die kalte Luft kann sich unter die warme, bodennahe Luft schieben und diese verdrängen 

 

Erkläre die Selbsterhaltung eines Gewitters.

  • Durch das Ausfliessen von kalter Luft wird ständig neue, feucht – warme Luft angehoben. Dadurch bekommt das Gewitter immer wieder neue „Nahrung“

  • Die Verlagerung der Gewitterzelle wird durch den Höhenwind gesteuert. Windrichtung auf 500 hPa ist massgebend

  • Bei windstillen Verhältnissen fallen die Gewitter meist wieder in sich zusammen 

 

Erkläre, wie ein Gewitter durch Kaltfronten entstehen kann (ganzjährig).

  • Warme labil geschichtete Luft wird gehoben beim Durchgang einer Kaltfront

  • Die Hebung findet nicht durch Erwärmung des Luftpakets statt sondern durch die kalte Luft, die sich unter die Warmluft schiebt. 

  • Wenn die warme Luft labil genug ist, kann die angehobene Luft feuchtadiabatisch bis zur Tropopause steigen. 

 

Nenne die Zusammensetzung der Atmosphäre.

Gemisch aus verschiedenen Gasen

Wichtigste Gase [Volumenprozente]:

  • • Sauerstoff 21%
  • • Stickstoff 78%
  • • Argon (Edelgas) 1% 

Wasserdampf ist wichtiger Bestandteil: Anteil verschieden, maximal 4 %. Wasserdampf führt durch Kondensation zu Wolkenbildung und zu Niederschlag. 

 

Beschreibe die Gliederung der Atmosphäre.

x

Beschreibde die Troposphäre

  • Abnahme der Lufttemperatur mit zunehmender Höhe, in Mitteleuropa durchschnittlich 0.6 Grad / 100 m.

  • Enthält beinahe den gesamten atmosphärischen Wasserdampf (Basis für Wolken und Niederschlag) eigentlicher Wetterraum

  • Beinhaltet 80% der Masse der gesamten Atmosphäre

  • Obergrenze durch scharfe Trennfläche markiert mit Knick im Temperaturverlauf sowie im Gehalt an Spurengasen (inkl. Wasserdampf) -Tropopause 

 

Beschreibe die Tropopause.

  • Höhe variabel; abhängig von

    • geographischer Breite (16 km am Äquator, 8 km in Polargebieten)

    • der Jahreszeit (im Sommer und Herbst höher als im Winter und Frühjahr)

    • der täglichen Wetterlage

  • Typische Temperaturen: -55°C bis -65 °C

  • Übergang labil - stabil 

 

Beschreibe die Stratosphäre/ Stratopause.

  • Relativ hoher Ozongehalt. Durch Einwirkung des ultravioletten Sonnenlichts auf den Sauerstoff wird Ozon (O3) gebildet.

  • Mit zunehmender Höhe wieder ansteigende Temperatur (sehr stabil geschichtet). Die bei der Ozonbildung freiwerdende Wärme (Absorption von UV-Strahlung) ist hauptsächlich für diesen Temperaturanstieg verantwortlich.

  • Obergrenze bei Temperaturmaximum (auf ca. 50 km Höhe) -Stratopause

  • Da Wasserdampfgehalt klein, kaum Wolken, nur Perlmutterwolken 

 

Beschreiben die Mesosphäre & Mesopause.

  • Mit zunehmender Höhe wieder abnehmende Temperatur (labil geschichtet).

  • Obergrenze bei Temperaturminimum (auf ca. 80 km Höhe) -Mesopause. Über den Polargebieten im Sommer tiefste in der Atmosphäre beobachteten Temperaturen von ca. – 130°C.

  • Interessante Erscheinung: leuchtende Nachtwolken. Dünne Wolken aus Eiskristallen, die sich an Vulkanstaubkernen kondensiert haben; sind nur nachts beobachtbar. 

 

Beschreibe die Thermosphäre.

  • Mit zunehmender Höhe wieder starke Temperaturzunahme. Da Dichte der Luft nur noch sehr gering, Temperatur der Atmosphäre kaum mehr messbar!

  • Obergrenze bei 600-1000 km.

  • Stark ioniserte Schichten, enthalten freie Elektronen

    Ionosphäre. Vorhandensein von positiv geladener Ionen und negativer Elektronen, welche durch Einwirkung von UV- Strahlung auf die Sauerstoffmoleküle entstehen.

  • Nordlichter (Polarlichter) 

 

Beschreibe die Exosphäre

  • Diffusion in den Weltraum überwiegt die Bindung an die Erde durch die Schwerkraft. Vor allem Wasserstoff und Helium entweichen in den Weltraum.

  • Vertikale Ausdehnung: 800 km bis über 10‘000 km

 

Beschreibe Luftdruck und Gewichtskraft.

  • Luftdruck = Gewichtskraft pro Flächeneinheit, die die Atmosphäre auf den Boden ausübt

  • Gewichtskraft = atmosphärische Masse (M) x Erdbeschleunigung (g) 

 

Welcher ist der mittlere Druck auf Meereshöhe?

1013 hPa = 1013 mbar = 760 Torr 

 

Wie nimmt der Luftdruck mathematisch mit zunehmender Höhe ab?

Der Druck nimmt mit zunehmender Höhe exponentiell ab. 

 

Wie gross ist der Höhenunterschied bei Druckabnahme um 1 hPa auf Meereshöhe bzw auf 5500 Meter?

Auf Meereshöhe nimmt der Luftdruck mit zunehmender Höhe pro ca. 8 Meter um 1 hPa ab, auf einer Höhe von 5’500 Meter pro ca. 15 Meter um 1 hPa.

 

Von welchen Komponenten hängt dei Luftdichte ab?

Luftdichte abhängig von Temperatur und Luftdruck

  • mit steigender Temperatur nimmt die Luftdichte ab

  • mit steigendem Luftdruck nimmt die Luftdichte zu

Auf Meereshöhe beträgt die Luftdichte 1.225 kg/m3 (bei Standardbedingungen)

Mit zunehmender Höhe nimmt die Luftdichte langsamer ab als der Luftdruck (die gleichzeitig abnehmende Temperatur wirkt der Dichteabnahme entgegen) 

 

Definiere Temperatur

Die Temperatur ist ein Mass für die in der Luft enthaltene Wärmeenergie. Diese entspricht der kinetischen Energie der einzelnen Luftmoleküle. Je stärker die Bewegung der Luftmoleküle, umso höher ist die Temperatur der Luft. 

Erkläre den Temperaturtagesgang an folgendem Bild.

x

Erkläre den Begriff "Trockentemperatur" (Lufttemperatur).

Über die kinetische Energie der Moleküle definierter Temperaturbegriff.

Als Lufttemperatur wird jene Temperatur der Atmosphäre bezeichnet, die weder von Sonnenstrahlung noch von Wärme- leitung beeinflusst ist. 

 

Erkläre den Begriff "Potentielle Temperatur"

Sie ist die Temperatur, die ein Luftpaket annehmen würde, wenn es ohne Zuführung von Wärme von aussen (d.h. trockenadiabatisch) unter einen Druck von 1000 hPa gebracht würde. -Thermodynamik

Mittels der potentielle Temperatur kann die Temperatur von Luft unterschiedlicher Höhen miteinander verglichen werden.

 

Erkläre den Begriff "Feuchttemperatur" (Psychrometertemperatur).

Temperatur des feuchten Thermometers. Aus der Differenz zur Lufttemperatur wird die Luftfeuchtigkeit bestimmt.

Die Feuchttemperatur wird mittels des Psychrometers gemessen. 

 

Erkläre den Begriff "Taupunkt".

Temperatur, auf die die feuchte Luft abgekühlt werden muss, damit sich Tau bildet. Aus der Differenz zur Lufttemperatur wird analog zur Feuchttemperatur die Luftfeuchtigkeit bestimmt. Der Taupunkt wird mittels des Taupunktspiegels gemessen.

 

Erkläre den Begriff "Pseudopotentielle Temperatur".

Temperatur, die ein Luftpaket erreicht, wenn es hypothetisch ohne Zuführung von Wärme von aussen zunächst ge- hoben wird, bis aller enthaltener Wasser- dampf auskondensiert und ausgefallen ist, und dann unter den Druck von 1000 hPa gebracht wird. Thermodynamik

Wird zur Kennzeichnung einer Luftmasse verwendet. 

 

Was versteht man unter "Luftfeuchtigkeit"

Unter Luftfeuchtigkeit versteht man den Wasserdampfgehalt der Luft. 

 

Nenne die verschiedenen Masse der Luftfeuchtigkeit.

Absolute Feuchtigkeit: Angabe der Menge Wasserdampf in Gramm pro Kubikmeter feuchter Luft

Spezifische Feuchtigkeit: Angabe der Menge Wasserdampf in Gramm pro Kilogramm feuchter Luft

Mischungsverhältnis: Angabe der Menge Wasserdampf in Gramm pro Kilogramm trockener Luft

Relative Feuchtigkeit: Verhältnis [in %] zwischen der effektiven und der maximal möglichen Menge Wasserdampf in der Luft

Taupunktsdifferenz: Die Taupunktdifferenz (engl. spread genannt) stellt die Differenz zwischen Luft- und Taupunkt- temperatur dar. Je größer die Taupunktdifferenz, desto kleiner die relative Luftfeuchte und umgekehrt. 

 

Von welchen Komponenten ist die Luftfeuchtigkeit abhängig?

Luft kann nur eine bestimmte maximale Menge an Wasserdampf enthalten. Diese maximale Menge ist abhängig vom Druck und von der Temperatur der Luft. Mit steigender Lufttemperatur nimmt die maximal mögliche Menge zu. 

Erkläre den Begriff "Gestättigte Luft".

Enthält die Luft die maximal mögliche Wasserdampfmenge, spricht man von gesättigter Luft. Wird weiterer Wasserdampf zugeführt, so ist der Dampf übersättigt und er beginnt zu kondensieren bzw. resublimieren. 

 

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