UI12 Wädenswil Metrologie FS13
Metrologie
Metrologie
Wasser-Quelle für die Atmosphäre
Verdunstung (kann in latenter Wärme
ausgedrückt werden), am höchsten in den
Subtropen (absinkender Ast der
Hadleyzelle) und klein in den hohen Breiten
quasi-periodische Prozesse
nicht perfekt periodisch: sie kombinieren
mehrere Frequenzen; z.B. Sonnenzyklus
(aktivitätszylus schwankt zw. 7 u. 17
Jahren)
Aperiodische Prozesse
haben gar keine Periode: sie können nicht
mit einer wiederkehrenden Eigenschaft
(Zyklus) erklärt werden. Die angegebene
Frequenz kann in diesem Fall eher als Mass
für ihre „Lebenserwartung“ verstanden
werden.
Externe Forcing (Antrieb Mechanismen) (4)
Klimasystem hat keinen Einfluss auf die
Quelle der Änderung; a) Laufbahn der Erde
(saisoniale und langjährige Zeitskala), b)
Sonnenaktivität (Sonnenflecken), c)
vulkanische Aktivität, d)anthropogene
Einflüsse (Co2-ausstoss, Abholzung, Ozon,
Aerosol,...)
Interne (stochastische) Mechanismen
Klimasystem wirkt auf die Quelle der
Änderung zurück; =Klimavariationen, die
nur auf den Wechselwirkungen der
unterschiedlichen Systemkomponenten
beruhen (Athmosphäre, Litho-, Hydro-,...)
Sonnenflecken
=magnetische Stellen auf der Sonnenoberfläche; etwa
10000km breit; dunkle Flecken, weil kühler als der
Rest der Oberfläche + weniger sichtbares Licht
abstrahlen; Zahl u. Grösse ist einfachste Mass für die
Sonnenaktivität; Ursache: periodische Änderung im
Magnetfeld der Sonne; bei hoher Sonnenaktivität:
auch Fackeln (=helle, magnetisch bedingte
Strukturen); Leuchtkraft +Energieabgabe grösser bei
hoher Sonnenaktivität; Wegen Fackeln erscheint die
Sonne 0.1% heller bei max. als bei Min.; 11-jähriger
Zyklus; vor 8000 J gleiche aktivität
Erdbahn Parameter (Milankovitch Zyklen)
a) Erdschiefe: Neigung der Erdachse
gegenüber der Laufbahn der Erde
(22.1°-24.5°), b) Exzentrität: Form der
Laufbahn (Ellipse); c) Präzession: die
Orientierung der Erdachse bezüglich der
Vertikalen (Achse, die senkrecht auf
Laufbahn ist)
Erdschiefe
Jahreszeiten; im Frühling und Herbst am meisten Energie
am Äquator;
Exzentrizität
Mass dafür, wie stark eine Ellipse von Kreis abweicht; 2
Hauptperioden von 100 und 400ky; Wegen Exzentrizität
der Erdbahn ist heute die Strahlungsintensität der Sonne im
Wi in der Nordhalbkugel (So im Süden) um 7% stärker als im
So in der Nordhalbkugel (Wi im Süden),bei max. 23% mehr
(klimatische) Präzession
Periphel=nächster Punkt zur Erde, Aphitel=weitester; =
Kreiselbewegung der Rotationsachse der Erde;
zyklus=26000 Jahre; verändert Ausrichtung der Erdachse
(sonnennächster Tag verändert sich)
Vulkanausbruch
injiziert grosse Mengen an
Schwebstoffteilchen und Gase in die
Atmosphäre ->messbarer Effekt auf die
Temp.; wichtigste: Wasserdampf, CO2 und
SO2 (Wasserstoffchlorid
(HCl),Wasserstofffluorid (HF) und Asche =
grosse); Effekt auf die Strahlungsbilanz
hängt davon ab, wie hoch der Ausbruch
reicht
Vulkanausbruch, Effekte von Sulfurdioxid
(SO2)
grösster kurzfristige Effekt Ausbruchs: SO2
kombiniert mit H2O (g) in der Atmosphäre ergibt
Schwefelsäure, die schnell kondensiert und feine
Sulfat-Aerosole erzeugt. Diese reflektieren die
Sonnenstrahlung (erhöhen Albedo) => Abkühlung der
Troposphären und absorbieren die langwellige
Strahlung der Erde => erwärmen Stratosphäre, Effekt
kann 2-3 J. n. Ausbruch andauern; Sulfat-Aerosole:
indirekt für Zerstörung von Ozon; mit der Zeit:
Partikel kleben aneinander und fördern Bildung
Cirrenwolken=> wärmender Effekt
CO2 vs Vereisung
CO2- Konzentration war viel höher vor
500My (erste Lebewesen mit Zellkerne
=>wohl nicht geeignet für menschliches
Dasein :-) ), Eiszeiten entsprechen Perioden
mit tiefen CO2-gehalten (warme Zeiten -
hohe gehalte);
Hat die Erde einen Thermostat?, Was
reguliert CO2, was Temp.?
Vor 5-6 Gj war die Sonne 30% schwächer
und doch hatte es Leben auf der Erde;
Wechselspiel mit CO2 und Temp.?; was
reguliert Temp.?: Konfiguration der Ozeane
(Gateways), Wärmetransport der Ozeane;
was reguliert CO2?=> chem. Verwitterung,
See Floor Spreading, Continental Uplifting,
Gaia Hypothese
Chemische Verwitterung
abhängig von: Temp. (je wärmer, desto
mehr), Niederschlag, Vegetation, Höhe und
Neigung; H2O und CO2 bilden Kohlensäure
H2CO3 => greift Gestein an + zerteilt, so
dass die Komponenten als Ionen vom
Wasser weiter zu Meer transportiert
werden; Je mehr CO2 desto mehr wird
verwittert
Continental Uplifting
beruht sich darauf, dass die chemische
Verwitterung zunehmen sollte, wenn die
exponierte Fläche wächst. Ein solcher Fall
wäre das Zusammenprallen von
Kontinenten als sich die Himalayas gebildet
haben.
Gaia Hypothese
nimmt an, dass die Organismen und ihre
nichtorganische Umwelt eng in ein
komplexes System gebunden sind, das die
nötigen Bedingungen für Leben auf der
Erde aufrechterhalten.
Gateways
Öffnungen zwischen Meeresbecken.
Seefloor Spreading Hypothese
Chemischer Verwitterungszykluss: Vulkane
bringen CO2 in Atmosphäre, Atmosphäre
wärmt sich auf ->nimmt mehr H2O auf =>
chem. Verwitterung nimmt zu (CO2 wird
der Atmosphäre entzogen), C wird durch
Subduktion wieder dort hin gebracht, wo es
durch schmelzen wieder dem Vulkan zur
Verfügung steht. ( :-) Ergänzte Hypothese:
wir geben nun viel CO2 frei, darum haben
wir zur Zeit weniger Vulkanausbrüche :-) )
orbitale Parameter
= Exzentrität, Erdschiefe, Präzession;
wichtig für die Strahlungsverteilung in
Winter und Sommer. Insbesondere
beeinflussen sie das Schmelzen von
Eisschilder oder Gletscher.;
Sensorik
kombination von lokalen Beobachtungen (Wolken, Luftdruck, Wind) für Kurzfristprognose resp. Nowcasting (Gewittererkennung mittels Radar);
Hilfsmittel: Auge, Barometer
Persistenz
Wetter von heute = Wetter von morgen; um den Erfolg der vom Menschen vorhergesagten Prognosen zu berechnen, wird diese mit der Persistenz verglichen
Bodenwetterkarte
beinhaltet Stationsmeldungen und Isobaren (=Linien des gleichen Drucks); Druckverteilung mit Fronten, Bewölkungs- und Niederschlagsgebiete, bes. Wettererscheinungen; dominant:
TIEF-u.Hochdruckgebiete
Höhenwetterkarte
enthält Topografie bestimmter Druckflächen;
(850hPa=1500m: aussage über 2m Höchstemp, weil
Untergrenze der feien Atmosphäre; 700hPa=3km:
verlagerung von grossräumigen feuchtgebieten;
500hPa=5.5-6 km: Steuerungsnivau(=Vorhersage der
Zugrichtung und -geschwindigkeit) von Tief- u.
Hochdruckgebieten); Isohypsen sind eingezeichnet; aus
Daten derRadiosonden und Pilotballone(=ballon ohne
Instrument,lediglich Radarreflektor; erfasst vertikales
Windprofil+best. Wolkenuntergrenze)
Isohypse
werden bei Höhenkarte analysiert;
=Höhenlinie auf der Druckfläche;
doch auch auf Höhenkarten sind die
Tiefs dort, wo die niedrigeren Zahlen
sind - (Tiefs sind tiefer gelegen in der
Atmosphäre?)
Extrapolation
3. Schritt der Wettervorhersage
(vorher: Wetteranalyse,
Verlagerungsgeschwindigkeit und
Intensitätsentwicklung); mit
Vergleichen von älteren Bodenkarte
mit der neuen auf die Zukunft
schliessen
numerische Methode
mathematisch-physikalische
Methode
numerische-theoretische Methode
numerische Wettervorhersage
geht von der Grundidee aus, dass die
zuküftige Entwicklung der Wetterlage
berechnet werden kann mit
1.AUSGANGSZUSTAND,
2.PHYSIKALISCHEN GESETZMÄSSIGKEITEN
UND GLEICHUNGEN; im PC-modell
müssen alle Atmosphärischen Prozesse
brücksichtigt werden
Atmosphärische Prozesse (10)
Luftströmung, Sonnenstrahlung,
Atmosphärenstrahlung, Evaporation
und Wärmeaustausch, Meer,
Bodenabstrahlung, Reibung, Bildung
von Wolken, Gebirgseffekte, Bildung
von Schnee und Regen
numerische Analyse
liefert "bester Anfangszustand der
Atmosphäre" für numerische
Methode; benötigt 7 Variablen (3
Windkomponente: x,y,z=vertikal,
Luftdruck, Lufttemp., Luftdichte,
Luftfeuchte); Messungen sollten am
besten Weltweit und lückenlos sein
Datenassimilation
aus unvollständigen und fehlerhaften
Messdaten der wahrscheinlichste
Ausgangszustand kreiren; Resultat ist
die Numerische Analyse mit dem
besten Anfangszustand der
Atmosphäre auf dem Modellgitter"
physikalische Gleichungen
mit sieben Gleichungen wird ein
Gleichungssystem geschaffen zur
Vorausberechnung der Verteilung der 7
Variablen; teil der numerischen Methode;
Gleichungssystem ist nichtlinear und
muss darum mit iterativ numerischem
Verfahren gelöst werden =>darum
numerische Wettervorhersage
Modellgitter für numerische Methode
ist über die ganze Erde verteilt bis in Höhe
von 11 km; hat Millionen von Gitterzellen; es
gibt jedoch Meteorologische Phänomene, die
räumlich oder zeitlich kleiner sind und
darum nicht explizit berechnet werden
können - diese werden Parametrisiert
(=werden über die mitteleren Grössen
ausgedrückt); je höher die Auflösung, desto
weniger parametrisieren!
Quellen der Unsicherheit bei
(numerischen) Wettervorhersagen
Schmetterlingseffekt (weil Wettersyst. chaotisch
können kl. Störungen schnell wachsen),
ungenauer Anfangszustand der Atmosphäre
(Messungenauigkeit), limitierte Anz.
Beobachtungen (v.a. Meer), Beobachtungen nie
exakt, Modell-Fehler, Fehler in Randbedingungen
(z.B. Schneebedeckung, Veget, Meerestemp.),
Modellauflösung (vereinfachung der Realität -
man weiss nicht, was zwischen den Gitterpunkten
geschieht)
Ensemble Vorhersagen
Modelle reagieren sehr sensitiv auf
die Anfangsbedingungen=> mit 50
leicht veränderten
Anfangsbedingungen gibt es 50
versch. Vorhersagen=>
Eintetenswahrscheinlichkeit kann
abgeleitet werden
Eingrenzung der Unsicherheit (3)
1. Ensemble Vorhersagen, 2.
Variabilität der Ergebnisse der
periodischen Modellberechnungen
berücksichtigen, 3. Variabilität
zwischen den Vorhersagen
verschiedener Wettermodelle
berücksichtigen
MOS
=Model-Output-Statistics; verknüpfung
numerischer Produkte mit
Vorsagephänomen (z.B. Nebel, Gewitter)
durch statistische Beziehungen; zur
Vorhersage von lokalem Wetter;
Zusammenhang zwischen Modellfeldern
und lokalen Wetterphänomen werden mit
Korrelationskoeffizient untersucht; daten
der letzten 5 j.
Klimatologie als Witterungsprognose
durchschnittliches Wetter über x
Jahre am 26. Mai = das Wetter am 26.
mai 2013; z.B. Weihnachtstauwetter;
Integral über das Wetter
Analogfall (kurz- bis
Mittelfristprognose)
bei gleicher Wetterlage gibt es das
gleiche Wetter (Vergl. der Aktuellen
Wetterkarte mit einer möglichst
ähnlichen vergangenen)
Zeitskalen der Prognosen
(Vorhersagezeit): Nowcasting
(=Ultrakurzfristprognose),
Kürzestfristp., Kurzfristp.,
Mittelfristp., Langfristp.
Nowcasting(bis 2 h: Messsyst+NWV lokal),
Kürzestfristp.(bis 12h: Synoptik+NWV
(numerische Wettervorhersagemodelle)
lokal), Kurzfristp.(1-3 Tage: NWV regional+
synoptik), Mittelfristp.(bis 10 T.: NWV global),
Langfristp. (eigentliche Witterungsprognose:
allg. Witterungscharakter, keine einz.
Wetterereignisse; wochen - bis monat: NWV
+Ozan+Klimatologie+Muetitaler
wetterfrösche :-) )
Vorhersagbarkeit (heute+Max.)
max: 2 bis 3 Wochen; heute bis Tag+7 oder
8; alle 10 Jahre steigert man sich um einen
Tag; brauchbar= wenn
korrelationskoeffizient über 0.6 beim
Vergleich von Vorhersage und tats.
eingetretenes Wetter; Zukunft: Steigerung
durch bessere Modellaufläsung
(Verdoppelung der Auflösung sorgt NICHT
für doppelt so gute Prognosen)
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Flashcards
Klimatologische Aussichten für die Schweiz
bis 2100 muss mit Zunahme der
Sommertemp um 3.5 - 7°C gegenüber
1990 gerechnet werden, sofern
Emmisionen nicht sofort eingeschränkt
werden; Mittlere Sommerniederschlag
könnte 30% zurückgehen
Folgen der Erwärmung in der Schweiz
(Schnee, Eis & Permafrost; Landschaft, Forst
& Landwirtschaft)
Schnee etc: Rückgang der Schnee &
Eisbedeckung, frühere Schneeschmelze,
Gletscherschwund, Erwärmung Permafrost
in Steilflanken, red. Schmelzwasserfluss im
Sommer; "Wanderungen" vieler Pfl. und
Tiere, veränderung des Landschaftbildes
Folgen der Erwärmung in der Schweiz
(Menschliche Gesundheit)
zunehmende Unterernährung, Mangel an
sauberem Trinkwasser, zunahme an
Hitzeschlägen, veränderung in der
Verbreitung krankheitsübertragender
Lebewesen (Mücken, Zecken)
Klimawandel & Lebensräume bsp:
Korallenriffe
Belastung durch: ansteigende
Temperaturen, Gewässerverschmutzung,
Überfischung
Ausbeutung, Änderung des pH-Wertes;
bereits bei 1nem Grad wärmer bleichen
viele Korallenarten aus oder sterben ganz
=> Fischen fehlt Nahrung;
Anpassungsfähigkeit begrenzt
Haupt Quellen (3) & Senken (1) von CH4
Quellen: a)Reisfelder, b)Erdgas, Öl- und
Kohleförderung, c)Wiederkäuer; Senken:
Reaktion mit OH zu CH3 und H2O (85%);
Abbauzeit: 8.4 Jahre
Definition Klima
im engsten Sinn durchschnittliches Wetter oder
statistische Beschreibung relevanter Grössen über
eine bestimmte Zeit, die sich von Monaten bis
Tausende oder Millionen Jahre erstreckt; Klassische
WMO def: 30 Jahre, aktuelle Normperiode:
1961-1990; Statistische Beschreib: Mittel, Variabilität,
Extreme; Grössen: meistens Temp, Niederschlag,
Wind; im weitesten Sinn: Zustand (inkl. Stat.
Beschreibung)des Klimasystems; WMO: World
Meteorological Organization
System definition
gesamtheit von Elementen, die so
aufeinander bezogen sind und in einer
Weise wechselwirken, dass sie als eine
aufgaben- sinn- oder zweckgebundene
Einheit angesehen werden können uns sich
in dieser Hinsicht gegenüber der sie
umgebenden Umwelt abgrenzen; System in
unserem Fall=Erde + Atmosphäre,
Sonne=Energiequelle=Forcing=Antrieb des
Systems
Was ist ein System? Was
Systemkomponenten + Wechselwirkungen
a) eine Portion Universum mit festen oder
beweglichen Grenzen welche Materie und
oder Energie enthält; b) besteht aus 2
Teilen: System und die Umgebung; c)
Systemkomp: Teile eines Systems, die
abgrenzbar sind und eine eigene Dynamik
aufweisen; d) Wechselwirkungen:zwischen
Komp. und versch. Systemen werden Masse
u.
o. Energie ausgetauscht
Feedback bei Systemwechselwirkungen
(positiv)
=Rückkoppelung; positive: der output des
Prozesses wirkt auf den Input zurück, der
Input wird verstärkt; Bsp: Eisflächen haben
hohen Albedo, Eisflächen red. die
einkommende Strahlung => Ausdehnung
der Eisflächen
Feedback negativ
(Systemwechselwirkungen)
der Input in den Prozess wird reduziert;
Bsp: chem. Verwitterung baut CO2 ab,
Verwitterung wird aktiver bei erhöhten
Temp. => CO2 wird abgebaut
Atmosphäre (Reaktionszeit = R,
Wärmekapazität=WK, Albedo=A)
R: starker Tagesgang, Reakt. auf Störung(kürzeste
aller komponenten wegen tiefe WK und Dichte): Tage
bis Wochen, Glob. Durchmisch: in Monaten bis Jahre;
WK: tief (weil zusammengedrückt), leicht geheizt und
in Bewegung gesetzt, starke vertikale und horizont.
Gradienten; A: Wolkenlos (-5%), Wolken (10-90%, je
nach Tropfgr, Wasser- u. Eisgehalt, Dicke der Wolke,
Einstrahlungswinkel; je kleiner die Tropfen je grösser
der Wassergehalt); ist mit allen Komponenten
verbunden
Hydrosphäre: Ozeane (97.3% des Wassers),
(Reaktionszeit = R, Wärmekapazität=WK,
Albedo=A)
R: obere 100m (monate bis Jahre), tiefer
Ozeam (100~1000 J.), tiefeabhängig; WK: s.
hoch, Speichert Wärme und dämpft
Änderungen im System; A: 6-12% wegen
dunkler Oberfl
Kryosphäre: deckt ~6% der Erde
(Reaktionszeit = R, Wärmekapazität=WK,
Albedo=A)
R: schnelle saisonale Variationen (jährliches
Zurückschmelzen), Gletscher 10~100 j,
Eisschildwachstum 10000~100000j,
Eisschildzerfall 1000~10000; WK: rel. hoch,
schmelzen benötigt viel Energie; A: alter
Schnee (40~70%), Neuschnee (75%~90%)
=>darum s. wichtige Rolle in
Rückstrahlung und als Isolation zw.
Atmosphäre und Land
Meer
Kryosphäre
grosse Massen an Schnee und Eis auf der
Erdoberfläche; inkl. Eisfelder von Grönland
und Antarktis, Schelfeis und Meereis, sowie
kontinentale Gletscher und Schneefelder
und PERMAFROST
Lithosphäre (Reaktionszeit = R,
Wärmekapazität=WK, Albedo=A)
Kontinente+Meeresboden; R: Tektonische
Vorgänge (~1cm/J), Verwitterung (6cm/
1000J), Vulkanausbruch=sofort, obere
aktive Schicht (Tage ~Monate); WK: klein,
ausser oberste Schicht, wo es von der
Bodenfeuchtigkeit abhängt; A: zw. 5% und
35%; allgemien träge;
Biosphäre (Reaktionszeit = R,
Wärmekapazität=WK, Albedo=A) auch
Mensch
R: Individuen (1 jahreszeit oder Jahr),
Gesellschaft (Jahrhunderte); WK: abhängig
von Land und Raumnutzung; A: Wald
(10-20%); Regenwald hat tiefste Albedo
Wechselwirkungen: Atmosphäre -
Hydrosphäre
Stark gekoppelt; Austausch von Masse (H2O, Salzpartikel,
CO2, O2 und weitere Spurengase), Niederschlag und
Verdunst. beeinflussen die Salinität der obersten Schichten
des Meeres => Einfluss auf die Stabilität der
Wasserschichten, weil Wasserdichte von Salinität abhängt;
Energie (Sensible, Latente Wärme, Albedo), Abkühlung des
Ozeans durch Verdunstung H2O => die Energie, die dabei
gebraucht wird, wird mit H2O (g) Windverfrachtet und beim
kondensieren frei gegeben=>Aufwärmung der Atmosphäre;
Impuls (Winde: durch sie entsteht Schubspannung an
Meeresoberfl., d.h. Wasser wird in Richtung Wind gezogen)
sensible Wärme
= fühlbare Wärme = mittlere kinetische
Energie (der Luftmoleküle)
latente Wärme
= versteckte Wärme; die im Wasserdampf
enthaltene Kondensationsenergie, die beim
Verdunsten z.B. dem Meer entzogen wird
und nachher dort freigegeben und zu
sensibler Wärme wird, wo die Kondensation
statt findet
Wechselwirkungen: Atmosph-
LITHOSPHÄRE-Hydrospäre
gibt die RANDBEDINGUNGEN vor:
Kontinentverteilung (Zirkulation der
Atmosphäre), Effekt der Topografie auf das
Wetter(Berge), Meeresbecken (form+grösse
beeinflusst Strömung durch u.a. Reibung);
Austausch Materie≈Masse (Verwitterung,
Vulkanausbrüche); Energie (Albedo,
Bodenfeuchtigkeit: Verdunstung,
thermische Leitfähigkeit)
Wechselwirkungen: Atmosphäre -
KRYOSPHÄRE - Hydrosphäre
Energiebilanz: Albedo, Isolation der
Oberfläche (kaum Wärmeaustausch); an der
Oberfläche entsteht eine starke Kühlung
der Atmosphäre, welche diese stabilisiert+
zu kälterem lokalem Klima beiträgt
Wechselwirkungen: BIOSPHÄRE -
Atmosphäre
Austausch von: Materie (H2O, CO2, O2,
Methan...)durch Photosynthese,
Evapotranspiration: Transpiration (H2O
abgabe)und Verdunstung; Energie: Albedo
(beeinfl. d. Vegetation)und Verdunstung;
Impuls: Wind
Reibung (abhängig von Vegetationstyp=>
auswirkung auf turbulente
Luftbewegungen)= Impulsaustausch
Strahlungsgleichgewicht und
Wärmetransport
Energie d. Sonne wird nicht gleichm.
verteilt, die langwellige Strahlung jedoch
gleichm. abgegeben; => Energie muss in
die hohen Breiten transportiert werden
(zum Defizit); Wärmetransport
hauptsächlich durch die Atmosphäre
(Hardley- und Ferrelzelle), in den Tropen
hauptsächlich durch Ozean;
Ozean einige Fakten
71% der Erde; durchschn. Tiefe: 3.7km;
Relief sehr zackig, weil Erosion schwächer
wie auf Erdoberfläche
Ozeane Vs. Atmosphäre
beide geschichtete Fluide auf der rotierenden Erde;
nicht gleich: a) physikalisch H2O: nicht
komprimierbar, grosse Wärmekapazität, in Ozean
keine Möglichkeit für austausch
entstehung von latenter Wärme, alle Wärme kommt
von oben; b)seitlich begrenzt, ausser schmales Band
in Südhemisphäre (zw. Südamerika + Antarktis); c)
Zirkulation durch Wechselwirkungen mit der
Atmosphäre: Windreibung ->windgetrieben,
Konvektion ->Dichtegetrieben
Meereswasser: Dichte
abhängig von Salinität, Temp. und Druck; Grafik: beziehung
von Dichte zu Temp. und Salinität an
Meeresoberfläche=Atmosphärendruck
SST (Sea Surface Temperature)
Wasser hat Albedo von 10% => absorbiert
viel Sonnenstrahlung => wärmer in den
Tropen und kälter gegen Pole; Ost-West
und mittlere
hohe Breiten Unterschiede sind auf
Ozeanströmung zurückzuführen
SSS (Sea Surface Salinity)
Salzgehalt ist in den Subtropen am
höchsten, weil dort die Verdunstungsraten
höher sind wie die des Niederschlags; wo
der Niederschlag überwiegt tiefer
Salzgehalt: Äquator und in den hohen
Breiten
Temperatur u. Salinität in der vertikalen
Struktur
Temp. hoch in Tropen, tief in hohen
Breiten, in der Nähe der Pole ist gibt es nur
eine geringe Schichtung auf Grund der
Temp.; Salinität: hoch in den Tropen, tief in
hohen Breiten, in mittleren Breiten bis
Tropen hat es obendrauf eine s. dünne
Schicht mit s. salzigem Wasser
Thermokline
bei der vertikalen Temp.-Struktur; Schicht,
wo die Temp. schnell variert, etwa 600m
tief in den mittleren Breiten und 100-200m
tieg in tieferen Breiten; Wort kommt vom
Griechischen und bedeutet neigen
Dichte in der vertikalen Struktur
stark geschichtet in den Tropen und in den
mittleren Breiten, Konvektion
(Durchmischung, weil praktisch keine
Schichtung) in hohen Breiten; warme,
salzige, leichte "Linse" schwimmt auf kalter
"süsserer" Zone; Dichte konstant über
tausende von Metern unter der stark
geschichteten 100-600m tiefen Schicht;
Grenzschicht (Mixed Layer) & Thermokline
Grenzsch:rel. schnelle Reaktion auf Änderungen (tägl,
saisonale und interannuelle Variationen); Tiefe
Schichten: langsame Zirkulation + hohe
Wärmekapazität =>s.langsame Reaktion
(interannuelle, zehn-, hundertjährlich), Temp. +
Salinität varieren schnell über die tiefe der
Thermokline und sind nacher fast konstant;
turbulente Bewegung der Mixed Layer können auch
kaltes Wasser von unten hochziehen
(entrainment="Mitnahme"); unter Grenze der Grenzs.
nicht flach => Austausch durch horizontale
Strömungen;
Wärmeverlust in der Grenzschicht durch (3)
Wärmeverlust in den obersten mm durch
folgende Prozesse: a)Abstrahlung, b)
Sensibler Wärmeverlust, c)Verdunstung
(latenter Wärmeverlust); Abkühlen +
Verdunstung =>Versalzung des Wassers -
> Dichte erhöht => Konvektion ->
homogene Temp.verteilung
Meeresströmungen (5 Arten)
klare Muster; Subtropenwirbel: s. starke Strömungen
an westlichem Rand (über 100cm /s, polwärts),
Uhrzeigersinn in der Nordhemisphäre (Gegenuhrz. in
Süd-), ø kleiner als 10 cm
s, abdrehung Richtung Ost bei 40°N; Subpolarwirbel:
gegen Uhrzeigersinn, z.B. Labrador Strom; zwischen
den westwärts fliessenden Äquatorialströmungen hat
es in den Tropen eine ostwärtsfliessende Strömung
(gegen den Wind); südlicher Ast der Antarktischen
ZIRKUMPOLARSTRÖMUNG dominant gegenüber
Subtropenwirbel
windgetriebene Zirkulation, beteiligte
Winde
Ursache der Meeresströmungen;
Passatwinde zw. 5. und 30°N
S (ostwärts), Aussertropische Winde:
westwärts, zw. 30 u. 60° N
S
Subtropenwirbel (in der Nordhemisphäre)
entstehung durch 1. Quertransport in der Ekmann
Schicht durch Reibung, die abgelenkt wird nach
rechts=> quer zur Windrichtung von Passat- und
Westwinde; 2. Konvergenz weil Winde in unt. Richtung
wehen=> Wölbung-> Strömungen an der Oberfl.,
Thermokline wird nach unten gedrückt; 3.
Thermokline zwingt darunterliegende
Wasserkolonnen nach Süden zu wandern => müssen
irgendwo nach Norden zurückfliessen; 4. Längs des
linken Randes des Meeresbeckens bringt starke
Strömung Wasser zurück nach Norden; Umlaufzeit: 5
J. im Atlantik
Konvergenz beim Subtropenwirbel (NH)
2. Schrit der Entstehung v. Subtropenwirbel (NH);
Passat- und Westwind verursachen eine Strömung
("Kreis"), di nach rechts abgelenkt wird (Coriolis) =>
Wölbung (bis 1.2m=>Druckgradient: tiefe
Meereshöhe = tiefer Druck) => zw. Druckgradient u.
Corioliskraft ein Gleichgewicht -> wegen Rotation
bewegt sich Wasser entlang der Meereshöhenlinien
=> Strömung auf der nördlichen (nach Ost) und
südlichen (nach west) Seite des Subtropenwirbels;
Ekmann Downwelling im Mittelpunkt
Ekman Downwelling
Wenn Wasser in der Mitte konvergiert
(=Wölbung) (z.B. bei Subtropenwirbel),
muss das Wasser wieder irgendwohin und
wird in die Tiefe gepumpt
Ekmann Upwelling
bei Subpolarwirbel, bei dem das Wasser
nach aussen transportiert wird, wird Wasser
aus der Tiefe heraufgesaugt
Transport Richtung Äquator beim
Subtropenwirbel (NH)
weil im innern des Ozeans die Bedingungen
s. stark von der Erdrotation abhängen,
können sich die Wasserkolonnen, die
parallel zur Erdachse sind, nur parallel
senkrecht dazu bewegen = SVERDRUP
TRANSPORT; geschwindigkeit 1 cm
s (10000 mal schneller als Ekman
Downwelling); ANGETRIEBEN durch Ekman
Downwelling
