Human- & Physische Geografie

Hoch über Zentraleuropa, Tief über Nordwest Europa (Island)

Westwinde

wechselhaftes Wetter

advektive Lage

Hoch im Norden (Tendenz westlich), Tief in Südeuropa (Italien o.ä.)

Wind aus NO mit kaltem, nassen Wetter (auf der Alpennordseite)

Hoch in Südeuropa (Italien o.ä.), Tief eher nördlich (GB, F)

Wind aus Süd, Südosten (an Alpen feuchte Luft aufgestaut, sinkt nach Alpen und trocknet aus) Wetter auf Alpennordseite also warm und trocken, gute Fernsicht, Wolkenberge, Föhnstau oberhalb der Berge

Merkmal: Föhnknie auf Alpensüdseite

advektive Lage

Hoch über dem Atlantik (W bis NW), Tief im Südosten

Wind aus Norden

trocken und warm auf Alpensüdseite, Staugebiet über Alpennordseite: je weiter weg von Alpen, desto weniger dicht Wolken und dementsprechend geringer die NS-Chance

advektive Lage

warm: ca. 30 km/h

kalt: ca. 50 km/h

Temperatur: Abkühlung

Stratus --> Cirren

rascher Frontendurchgang

Winde: Böen

nach Gewitter sehr gute Sicht

Kaltluft schiebt sich unter Warmluft, "verdrängt"

Luftdruck steigt

Temperatur: Erwärmung

Cirren --> Stratus

Landregen

träger Frontendurchgang

kaum Winde

während Warmsektor nicht gute Sicht, eher "drückendes" Wetter

Warmluft schiebt sich über Kaltluft, "drückt weg"

Luftdruck sinkt

1. Bildung von Cirren
2. allmählich zunehmende Bewölkung
3. Himmel mit Schichtwolken bedeckt
4. Anhaltender Landregen
5. Nachlassen des Landregens
6. Erwärmung
7. Aufhellungen
8. Rasche Abkühlung
9. Gewitter
10. Bewölkungsauflösung bei kaltem Wetter

- Nacht: nächtliche Ausstrahlung + keine Sonnenerwärmung

- Luftaufstieg:

 -> Druck nimmt ab, Luft dehnt sich aus; lokale Erhitzung

 -> Gebirge als Hindernis

 -> Verdrängung von Warmluft

- Mischung warm/kalt Luft (--> Küstennebel)

Tiefdruck:

1. Luft steigt auf

2. Luftfeuchtigkeit simmt zu (kühlere Luft hält weniger Wasser)

3. Kondensation setzt ein

4. es bilden sich Wolken

Hochdruck:

1. Luft steigt ab

2. Luftfeuchtigkeit nimmt ab

3. Verdunstung überwiegt

4. Wolken lösen sich auf

Luftströmungen zum Druckausgleich (von hohem Druck zu tiefem Druck)

warme Luft steigt auf, da ausgebreitet weniger Druck hat

kalte Luft sinkt ab, da hoher Druck

grenzen äquatorialer Tiefdruckfurche an

zwischen subtropischem Hochdruckgürtel und polarer Tiefdruckfurche

1 - subpolare Tiefdruckrinne

2 - subtropischer Hochdruckgürtel

3 - innertropische Konvergenzzone (äquatoriale Tiefdruckrinne)

4 - polares Hoch

a) H

b) T

c) H

d) H

e) T

f) H

g) T

I - Ostwinde

II - Westwinde

III - Westwinde

IV - Westwinde

V - Ostwinde

VI - Ostwinde

VII - Westwinde

IIX - Westwinde

IX - Westwinde

X - Westwinde

XI - Ostwinde

Region knapp unterhalb der Tropopause mit sehr starken Westwinden (im Kern bis zu 500 km/h)

Wind zwischen den Zellen (Ferrell & Hadley)

2 pro Halbkugel: Polarfrontjet & Subtropenjet

Schwankungen bsp Nordhalbkugel

Polarfrontjet: tägliche Schwankung von 50°N bis 75°N

Subtropenjet: im Sommer 40°N, Winter 30°N

X: Energie wird aufgenommen (i.e. muss zugeführt werden)

Y: Energie wird freigesetzt

1) Eis --> flüssig: Schmelzen (X)

2) flüssig --> Eis: Gefrieren (Y)

3) flüssig --> Gas: Verdunstung (X) [bsp. Abkühlung d. Haut durch Schwitzen]

4) Gas --> flüssig: Kondensation (Y)

5) Eis --> Gas: Sublimation (X)

6) Gas --> Eis: Deposition (Y)

absolut: in g/m³ wieviel Gramm Wasser in einem Kubikmeter Luft enthalten sind

relativ: in %, wie nahe die absolute Feuchtigkeit an Sättigungsmenge herankommt (bei Temperatur ca. 22°C mit 5 g/m³ 25%)

--> je wärmer, desto mehr Wasser kann gehalten werden, je kälter desto weniger Wasser

--> bei 100% Sättigung: Kondensation (Regen, Schnee, Nebel)

adiabatisch: Zustandsänderung ohne Wärmeaustausch mit Umgebung

trocken: 1°C pro 100m

feucht: 0.6°C pro 100m (setzt latente Wärme frei) weil gleichzeitig auch noch Kondensation

S=1365 W/m² (Strahlenmenge, die auf der Oberfläche der Atmosphäre auftrifft)

räumliche/zeitliche Variation: flacher Winkel=grössere Fläche --> weniger Energie; rechter Winkel=kleinst mögliche Fläche --> mehr Energie

Milankovitch Zyklen: ca. alle 100'000 Jahre, Ursache langfristiger Klimaänderungen, Kombination aus 3 Effekten

• Exzentrizität (ca. 100'000 Jahre)
• Neigunswinkel 21.5-24.5° (ca. 40'000 Jahre)
• Präzession

Sonnenflecken: durch solare Magnetfelder erzeugte Bereiche (10'000 bis 50'000km)

Konvektion unterhalb der Troposhpäre d. Sonne wird gestört --> nach aussen fliessender Energiestrom wird abgeschwächt

--> Fläche der Sonnenflecken eher kalt

Sonne: fast Hälfte sichtbare Strahlung, ca. 45% IR (grosse Wellenlänge, geringe Energie), ca. 10% unltraviolett (kurze Wellenlänge, hohe Energiedichte)

Durchschnittliche Menge der Strahlung auf Erdoberfläche: 342 W/m² (S_Erde=1365*(A_Kreis/A_Kugel)=1365/4≈340)

Reflexion: Wolken 22%, Erdoberfläche 9%; Absorbtion: Atmosphäre 20%, Erdoberfläche 49%

Strahlungs-/Energiehaushalt

wenn im Gleichgewicht Q_in-Q_out=0, ansonsten Erwärmung od. Abkühlung

Q_in=S * (1-α) * sin(β) [α=Albedo, β=Einfallswinkel]

Q_out=S * α * sin(β)

Strahlungsbilanz:

• Sonnenstrahlung kommt durch Atmosphäre, Wärme wird bei Rückstrahlung durch Treibhausgase zurückgehalten --> es kommt mehr Energie hinein, als in Weltraum hinaus geht, deshalb Erde 14°C und nicht -19° (ursprünglich kurzwellig kommt durch, langwellig (IR) bleibt bei Rückstrahlung zurück, kommt nicht durch) - bei Zuanhme von Treibhausgasen nimmt diese Temperatur zu
• Ausgleich von Äquator zu Polen durch Ozean- & Atmosphärische Zirkulation

Albedo=Reflektivität: Wert zw. 0 (alles wird absorbiert) und 1 (alles wird reflektiert) oder in %

Vegetationsindex: Vegetation stark = niedrige Albedo

Chlorophyll-Index: 

Q=ε * σ * T⁴

Q=Strahlungsenergie; ε=Konstante; σ=Emissivität; T=Temperatur

d.h. Energie steigt nicht-linear mit Temperatur & heisse Oberflächen strahlt mehr Energie ab

λ_max * T=konst=2898μmK

λ=Wellenlänge in μm; T=Temperatur in K

_{d.h.: Wellenlänge nimmt ab mit höherer Temperatur (Sonne heisser, kurzwelligere Strahlung (sichtbar) als kältere Erde (IR))}

Land wärm tagsüber schnell auf --> Tiefdruck (Luft steigt auf), kühlt nachts schnell ab: umgekehrt

d.h. tags Wind vom Meer aufs Land (Hoch zu Tief) und nachts vom Land aufs Meer

Atmosphäre: min-monat (boundary layer 1d)

Ozean:

mixed layer: monat-1y

Meereis: Monat-10³y

Tiefsee: 10²-10³y

Kontinent:

Schnee auf Oberfläche: min-monat

Litho-biosphäre: monat-10³y

Gletscher: 10-10²y

Eisschilder: 10²-10⁵y

- Wasserdampf (H2O)
- CO_{2 (400ppm)}
- Methan (x25 mal effektiver alsCO₂) (1.75ppm)
- Ozon (x1000 mal effektiver alsCO₂) (bis zu 10ppm)
- Wolken

Konvektion (convection)

Bewegung von Gas oder Flüssigkeit aufgrund Dichteunterschiede [Aufstieg erwärmter Luft]

Wärmeleitung (conduction)

Energie wird ohne Materialtransport übertragen [warmes Wasser erwärmt Metall]

Wärmestrahlung (radiation)

Energietransport durch elektromagnetische Wellen, v.a. im infraroten Bereich (Boltzmann) [Abstrahlung von Wärme]

IR (Infrarot)

misst Frequenzen, in denen Wasserdampf Strahlung emittiert, d.h. Strahlung, die Wolkenoberfläche (oder wolkenfreie Erdoberfläche) verlässt

kalte Gebiete erscheinen hell (wenig Strahlung), warme dementsprechend viel Strahlung = dunkel (kann in Temperaturen umgerechnet werden, was wiederum etw. über Höhe d. Wolken aussagen kann: höher = kälter)

Faustregel: Wolkenoberflächen mit Temperaturen <32°C = Niederschlag

VIS (im sichtbaren Bereich)

Frequenzbereich, wo Wasserdampf das einfallende Sonnenlicht reflektiert (--> nur am Tag)

hohe Albedo weiss, Land häufig heller als Meer, aber dunkler als Wolken

helle Wolken also hohe Albedo, d.h. dick, grosser Wasser(-Eis)-Anteil, kleine mittlere Tröpfchengrösse (dunklere Wolken Gegenteil)

WV (Wasserdampf, Water Vapour)

mit Wellenlängen gemessen, wo Wasserdampf bei Absorption das dominierende atmosphärische Gas ist

d.h. je weniger Strahlung den Satelliten erreicht, desto mehr Wasserdampf vorhanden (geeignet für Analyse der Strömung in mittlerer Troposphäre zw. 300 - 600 hPa)

Geostationäre Satelliten

immer an selben Punkt, wegen energetischem Aufwand nur über Äquator

Flughhöhe gegeben (Zentrifugalkraft & Erdanziehung müssen sich aufheben)

immer min. 5 im Einsatz (jeder Punkt um den Äquator muss von min. einem Satelliten gesehen werden)

Bsp. METEOSAT (Afrika, Ostatlantik, Naher Osten & Europa) 0° Ost/West

Polumlaufende Satelliten

auf Umlaufbahn um Erde, sodass beide Pole überflogen werden

Vorteil: hochauflösendere Bilder, da Flughöhe nicht fix (Fluggeschwindigkeit nicht durch Drehgeschwindigkeit d. Erde gegeben) - dafür aber zeitliche Auflösung eingeschränkt

Bedingungen: kalt (Höhe in m.ü.M. und/oder in Breitengraden)

- Schnee

- Gletscher & Eisschilde

24'000'000 m³, 10% der Landfläche

70% des Süsswassers (≈60-70m Meerspiegel)

- Meereis

396'400 km³, 6% der Meeresfläche

- Fluss- & Seeeis

- Permafrost

300'000 km³, 9-12% der Landfläche

Fester Niederschlag von unterkühltem Wasser an Kristallationskeimen (Firn: ein Haushaltsjahr überdauernd)

typische Eigenschaften

Dichte: 150-500 kg/m³

Saisonal: 1-30% der Landoberfläche (v.a. Nordhemisphäre, auf Südhalbkugel nur ca. 2%)

ca. 4.5% Abnahme pro 1°C Erwärmung (seit 1920 ca. 1.5°C wärmer)

Einfluss auf das Klimasystem

- Wärmeisolation

- stark erhöhte Albedo (saisonal) --> mehr Reflektion

Neuschnee: 90% (vgl. Cirrus-Wolken: 40-50%)

Firn: 50%

Eis: 15-50%

Def.: Litho- und Pedosphärenmaterial das über die Dauer von 2 Jahren Temperaturen ≤0°C aufweist

(kann also Eis enthalten, muss aber nicht)

Auftauschicht: einige dm bis wenige m die saisonal auftauen

räumliche klassifizierung: kontinuierlich, diskontinuierlich

Faktoren:

- kalte Temperaturen (hohe Breiten & Höhe)

- Schneedecke (im Frühling kühlend, im Winter isolierend)

- Eis in Auftauschicht: muss zuerst gefroren/aufgetaut werden (braucht Energie & Zeit);

- Oberflächenbeschaffenheit (Vegetation, Schutt ...)

räumliche Verbreitung und Dicke:

z_p=T_G * G_T [z_p=Permafrostmächtigkeit; T_G=Bodentemperatur an Oberfläche; G_T=Inverser Temperaturgradient ≈ 30-50m/°C]

Zusammenhang mit der mittleren jährlichen Luft- & Bodentemperatur

-8 bis -6°C --> kontinuierlich

-6 bis -1 --> diskontinuierlich

Jahreszeitenfrost:

1 - Jahresmittel der Bodentemperatur

2 - Mittlere monatliche Minimumstemperatur

3 - Mittlere monatliche Maximumstemperatur

4 - Horizont der thermischen Nullamplitude

5 - Niefrostboden