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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Lernkarten
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)
Grundschicht
Atmosphärische Grenzschicht
planetary boundry layer PBL
unterste Schicht im Aufbau der
Atmosphäre; auf Grund Rauhigkeit d.
Erdoberfl. => Reibung => turbulente
Strömungen
Hauptkennzeichen der Grundschicht
(6)
1. Windgeschw. gegen null (Reibung) am
Boden; 2. Strömung meist turbulent
(horizontal + vertikal); Gehalt an Feuchte,
Aerosol- und Luftschadstoffen rel. hoch; 4.
starke tagesschwankungen (10°-20°C); 5. gr.
horizontale Unterschiede (z.B. Meer, Land,
Berg, Tal, Vegetation); 6. reger Austausch
von Stoffen; Mächtigkeit (1-2km je nach
geologie);
Unterteilung der Planetarischen
Grenzschicht (2)
a)Prandtl-Schicht (Windzunahme mit
zunehmender Höhe), b) Ekman-
Schicht (Winddrehung mit
zunehmender Höhe)
Obergrenze der Grenzschicht
markiert durch:
diejenige Höhe, in der die Windgeschw. und
richtung erstmals die selben wie die der
freien troposphäre erreichen≈(oft)Inversion=
dünne Schicht in der die Temperatur mit der
Höhe zunimmt, im Gegensatz zur norm.
Temperaturabnahme; = Obergrenze des
Hochnebels
Dunstschicht: bei Hoch schauen Bergspitzern
raus (Windstill), bei Bise: Grenzschicht viel
höher=>Bergspitzen auch im Dunst
Austausch und vertikale Flüsse in der
Grenzschicht (Atmosphäre-Erde)
A)Masse (Niederschl + Verdunstung,
Deposition und Emission von Gasen
und aerosolen) B) Energie (Abkühlung
+ Erwärmung d. Strahlung +
Wärmeleitung), C) Impuls und
Drehimpuls durch Reibung des
Windes
Turbulenz def.
Unregelmässige kurzfristige
Schwankungen von
Windgeschwindigkeit und
Windrichtung in einer Luftströmung
(Böigkeit des Windes)
Ursachen von Turbulenzen (2)
1) mechanisch: durch Reibung
verschieden schnell strömender
Luftschichten (oder unt. Richtung) =>
Windscherung; 2)thermisch (thermisch
induzierte Turbulenz): durch
auftriebsbedingte vertikale Umlagerung
von Luftpaketen. Grund: Erwärmung der
Atmosphäre vom Boden her
Mechanische Turbulenz
vor einem Hindernis hat es stehende
Luft, über das Hindernis hat es schnell
strömende Luftschichten=> Reibung
aneinander=>Turbulenz: beginnt
5*"Höhe des Hindernisses" vor dem
Hindernis und endet 10-15*"Höhe des
Hind."; Parameter: a) Rauhigkeit der
überströmten Hindernisse, b)
Windgeschw., c) Stabilität der Luftmasse
Reynolds-Zahl in Bezug auf
Turbulenz
Re=VL
v; V=Strömungsgeschw.,
L=Grössenskala der Bewegung (m),
v=kinematische Zähigkeit(Vikosität);
Grenze für den Stömungszustand der
Luft ist Re=5000: darunter laminar,
darüber Turbulent
Temperaturprofil
adiabatisch (=Temp.abnahme mit der Höhe nur auf
Grund der Druckabnahme mit der Höhe = thermisch
neutrale Schichtung, es wird nur mechanische Turbulenz
erzeugt); thermisch instabile Schichtung
(=überadiabatisch, wenn der Boden d. Sonneneinstr.
aufgeheizt wird und die untersten Luftschichten stärker
erwärmt => Luftdichte in Bodennähe geringer
=>erzeugt thermische Turbulenz); thermisch stabile
Schichtung(dämpft thermische Turbulenz): nachts, bei
Schnee oder über kaltem Wasser ist die Luftdichte unten
stark erhöht
Hoch---Tief
strömt auf der nordhalbkugel im
Uhrzeigersinn ---
Gegenuhrzeigersinn
Ursache von Wind
Temp. unterschiede von Luftmassen;
je kleiner der Isobarenabstand
(=Linien gleichen Drucks), umso
stärker ist der Wind; in Bodennähe ist
wind wegen Reibung langsamer
Prandtl-Schicht
= Bodennahe Schicht; untersten 100 bis
200m über dem Boden; hat turbulente
Viskosität (=zähigkeit); Molekulare Kräfte
bedeutungslos; Kräftegleichgewicht zw.
Druckgradient und bremsender turbulenter
Reibung; norm. untersten 10% der
Grenzschicht; logarithmische Windzunahme
mit zunehmender Höhe; Corioliskraft spielt
keine Rolle, weil Windgeschw. s. klein; keine
Richtungsänderung
Ekmann Schicht
=obere Grenzschicht = Drehschicht; Luftbewegungen
erfolgen über so gr. Distanzen, dass die Erddrehung bei
diesen Bewegungen berücksichtigt werden muss;
Kräftegleichgewicht zw. Druckgradient, Corioliskraft und
bremsender turbulenter Reibung; wesentlich:
Ekmannspirale (Winddrehung mit zunehmender Höhe);
(zu oberst wie geostrophischer Wind ? );
Windrichtungsablenkung bei stabiler Luftmasse grösser
als bei inst. und bei Meer am wenigsten, bei Gebirge am
stärksten (bis 45°)
Tagesgang der Grenzschicht (bei
Strahlungswetter)
Vormittag: rasch in die Höhe wachsende, thermisch
instabile (=>turbulente)Grenzschicht, die gut
durchmischt ist (Mischungsschicht=konvektive Schicht),
max im Winter einige hundert m, im Hochsommer bis 2
km; kurz vor Sonnenuntergang:bildung stabiler
Grenzschicht (=nächtliche
Grenzschicht=Bodeninversion, weil in ihr wie in
Inversion Temp. mit der Höhe zunimmt), häufig weniger
als 100m; Grenzschichtwindsysteme:Land-
Seewinde, Hangwind,..
Zusammensetzung der Atmosphäre
(gemisch + Spurengase)
21% Sauerstoff, 78% Stickstoff, 1%
Argon (Edelgas) + Spurengase: O3
(Ozon), CO₂, Methan, andere Edelgase
+ Wasserdampf (Anteil unterschiedl.,
max 4% auf Kosten von Sauerstoff
und Stickstoff, durch Kondensation
zu Wolkenbild. und Niederschlag)
Gliederung der Atmosphäre
(Schichteinteilung nach..., Name u
Eigenschaften a) bis c))
Gliederung nach Temperaturverteilung,
Zusammensetzung oder Ionisierung; a)Troposhäre
(enthält planetare Grenzs., Temp. abnahme); b)
Tropopause (Temp.stagniert: -55° bis -65°C, Übergang
labil-stabil; ozonschicht beginnt; Höhe variabel: 8-16
km je nach Wetterlage(höher bei hochdruckgebiet),
geografischer breite (äquator hoch, polargeb tief) und
Jahreszeit (So+Herbst höher als im Winter+Fr) ); c)
Stratosphäre (temp steigt wieder bis 0°, maximum des
Ozongehaltes, Meteore können bis hier kommen)
Gliederung der Atmosphäre (Schicht
Name u Eigenschaften d) bis h) )
d) Stratopause (temp. stagniert 0°,
Ozonschicht endet); e) Mesosphäre
(starke temp.abnahme bis -100°,
Ionosphäre u. "Polarlichtschicht"
beginnt); f) Mesopause (T stagniert);
g) Thermosphäre (temp steigt rasch
an bis über 800°, Übergang zum
Weltraum fliessend); h) Exosphäre
Troposhäre
Schicht nr.1; =Wetterraum; enthält
80-90% vom Wasserdampf;
tempabnahme 0.6°
100m; 80% der Masse der ges.
Atmosphäre; Obergrenze=tropopause:
knick in Temp.verlauf sowie im Gehalt an
Spurengasen inkl. Wasserdampf;
Tropopausensprünge bei Fronten mit
Austauch zu Stratosphäre;
Stratosphäre & Stratopause
hoher Ozongehalt: durch Einwirkung
UV-Licht wird aus Sauerstoff Ozon
(O₃)=>Wärmefreisetzng duch chem.
Reaktion; Stabil geschichtet;
Obergrenze bei Temp.maximum (50
km); Wasserdampfgehalt sehr klein
darum nur PERLMUTTERWOLKEN
("horizontale Polarlichter")
