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Die Lufttemperatur - die Temperatur des Luftgasgemisches
Alle festen Stoffe, Flüssigkeiten und Gase bestehen aus sehr kleinen Teilchen, den Atomen und Molekülen. Diese befinden sich in ständiger Bewegung und zwischen ihnen wirken Kräfte.
Die ungleiche Erwärmung der Erdoberfläche und der über ihr befindlichen Luftschichten durch die Sonne
— und die damit verbundene schnellere Bewegung der Atome im Luftgasgemisch — führt zu großräumig
unterschiedlichen horizontalen Temperaturen. Diese werden wiederum durch vertikale Austauschströmungen durch Aufgleiten oder Absenken von unterschiedlich warmen
Luftmassen und durch Niederschlag beeinflusst. Das hat zur Folge, dass die gemessene Lufttemperatur an einem Ort nicht nur vom täglichen Sonnenstand abhängt,
sondern auch vom Wind, der Bewölkung, der Luftfeuchtigkeit und dem Niederschlag — also dem gerade herrschenden
Wetter. Der Mensch nimmt übrigens genau genommen nicht die Temperatur wahr, sondern die Größe des Wärmestroms
auf der Hautoberfläche, weshalb man auch von einer gefühlten Temperatur spricht.
Das
Schwingen der Atome und Molekühle bewirkt je nach
Ausdehnungsgeschwindigkeit unterschiedliche
Volumenänderungen in Gasen, Flüssigkeiten und
festen Stoffen, die in Wechselwirkung zueinander
stehen und bei vorhandenem Temperaturunterschied in
gegenseitigen Ausgleich treten. Umgekehrt
ermöglicht die Volumenänderung die genaue Bestimmung des
Wärmezustandes,
z.B. beim klassischen Quecksilberthermometer: Je
höher die umgebene Luft, desto größer die
Ausdehnung des Quecksilbers (gegenseitiger
Temperaturausgleich) und um so höher steigt
es in dem engen Glasrohr. Die heute in Europa übliche
Temperaturskala wurde von seinem Erfinder, dem Schweden Andres
Celsius (schwed. Astronom, 1701-1744) im Jahre 1742
entwickelt. Das Wasser kochte bei 0°C
und das Eis schmolz bei 100°C.
Carl von Linné, ebenfalls ein Schwede, fand das
unpraktisch und drehte die Skala dann um, so wie wir sie heute
nutzen.
Die
Messung der "reinen Lufttemperatur" ist
nicht ohne Probleme. Das Thermometer muss vor den
verfälschenden Strahlungseinflüssen geschützt
werden und auch möglichst gut belüftet sein. Es
sollte niemals direkt in die Sonne oder an einer von
ihr erwärmten Hauswand aufgehängt werden. Für die
metereologische Erfassung der Lufttemperatur (u.a.)
entwickelte der Ingenieur Thomas Stevenson die immer
noch gebräuchliche sogenannte englische
Wetterhütte. Sie ist ein weiß lackierter
Lamellen-Kasten (meist aus Holz) und dient dem Schutz der darin befindlichen meteorologischen Messgeräte vor störenden Wettereinflüssen wie Sonnenstrahlung, Niederschlägen (Regen und Schnee) und
starken Wind, ohne jedoch dabei die Luftzirkulation durch das
Gehäuse zu stark einzuschränken. Die digitalen
Wettermessstationen und deren Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren werden durchweg mit einem
ähnlich ausgeklügeltem Metall-Lamellenring-System
geschützt, am effektivsten mit einer zusätzlich
aktiven Zirkulationsbelüftung.
Es
gibt übrigens verschiedene gebräuchliche Methoden,
die Tagesmitteltemperatur
zu berechnen. Als man noch manuell die Temperatur
abließ, nutzte man in Deutschland die sogenannten
"Mannheimer Stunden" um 7:30, 14:30 und
21:30 MEZ und berechnete aus den 3 Werten
ein Tagesmittel, wobei der 21:30-Wert doppelt
genommen wurde. Heute ist in Deutschland das Mittel
aus 24-Stundenwerten üblich. Einige andere Länder
berechnen aus den vier Werten um 0:00, 6:00, 12:00
und 18:00 Uhr Weltzeit (UTC) einen Mittelwert,
andere wiederum nehmen einfach den Durchschnitt aus
der Minimum- u. Maximumtemperatur des Tages.
Metereologische
Größen von Temperaturwerten:
►
Eistage
Ein Eistag ist ein Tag, an dem
ganztags die gemessenen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes (unter 0°C)
liegen und selbst die höchste am Tag gemessene Temperatur dabei nicht die
Nullgrenze überschreitet. Die Anzahl der Eistage ist damit auch eine Untermenge der Anzahl der
↑Frosttage
und beschreibt zudem sehr gut die Härte eines Winters.
Bsp.: Durchschnittliche Eistage in Bregenz (A)
= 17,3 Tage / durchschnittl. Eistage am Jungfraujoch (CH) =
274,8 Tage.
►
Frosttage
Ein Frosttag
ist ein Tag, an dem die niedrigste am Tag gemessene Temperatur
den Gefrierpunkt (unter 0°C) unterschreitet, die restlichen
Tagestemperaturen jedoch oberhalb des Gefrierpunktes liegen. Da
die ↑Eistage
ebenfalls die Nullmarke unterschreiten (und zwar ganztags),
tauchen diese zudem in der Zählung der Frosttage mit auf.
►
Sommertage
Ein Sommertag
ist ein Tag, an dem die höchste am Tag gemessene Temperatur die
Marke von 25°C erreicht und/oder auch überschritten hat. Da
die ↑Heißen
Tage ebenfalls die 25°C-Marke überschritten haben, tauchen
diese zudem in der Zählung der Sommertage mit auf.
►
Heiße
Tage
Ein heißer
Tag (auch Hitzetag gen.) ist ein Tag, an dem die höchste am
Tag gemessene Temperatur die Marke von 30°C erreicht und/oder
auch überschritten hat. Die Anzahl der heißen Tage ist somit eine Untermenge der Anzahl der
↑Sommertage
und beschreibt zudem sehr gut die Güte eines Sommers.
Bsp.: Durchschnittliche heiße Tage auf
dem Brocken/Harz (D) = 0,0 Tage / durchschnittl. heiße
Tage in Antalya (TR) =
85,3 Tage.
►
Tropennächte
Eine Tropennacht
ist eine Nacht, an der die niedrigste in der Nacht gemessene Temperatur die
Grenze von 20°C nicht unterschreitet. Tropennächte sind in Deutschland eher selten. An den meisten DWD-Stationen gibt es im Mittel weniger als eine Tropennacht pro Jahr. An einzelnen sehr günstig gelegenen Stationen werden 2 bis 3 jährliche Tropennächte registriert. Den Spitzenplatz hält die Station Berlin-Alexanderplatz mit durchschnittlich 5 Tropennächten pro Jahr. In Jahren mit sehr heißen Sommern wie
das Jahr 2003 wurden an begünstigten Stationen allerdings über 10 Tropennächte beobachtet. So waren es 2003 in Kehl bei Straßburg
sogar 21 Tropennächte.
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Der
Luftdruck - das "Gewicht" der
Luft
Aufgrund
der Gravitationskraft der Erde wird auf jeden Körper eine
Anziehungskraft in Richtung Erdmittelpunk ausgeübt, wenn sie nicht durch eine andere Kraft daran gehindert
wird. Dabei ist die Gewichtskraft des Körpers seiner Masse
proportional, sodass vereinfacht ausgedrückt die
Anziehungskraft größer wird, je "schwerer" der
Körper ist. Auch auf die Erde umschließende Luftmasse wirken
diese Anziehungskräfte, wobei auf jeden Quadratmeter der
Erdoberfläche ca. 10 Tonnen Erdatmosphäre lasten. Der
Druck auf den Menschen mit etwa 1½ m² Oberfläche
beträgt 15.000 kg und wird durch sein Innendruck
ausgeglichen.
In
der Meteorologie gilt als Luftdruck das Gewicht einer Luftsäule
von einem Quadratzentimeter Querschnitt, die vom Messpunkt
(Erdoberfläche) bis zur äußeren Grenze der Atmosphäre
reicht. Der
italienische Physiker Torricelli
(1608-1647) bestimmte damals den Luftdruck mithilfe eines 1m
langen, oben geschlossenen und mit Quecksilber gefüllten
Glasrohr, dass unten offen in ein Quecksilbergefäß mündete.
Er bewies damit, dass es der Luftdruck war, der verhinderte,
dass sich das senkrecht aufgestellte und gefüllte Rohr nur bis
76 cm und nicht komplett entleerte. Er stellte zudem fest, dass sich die Quecksilbersäule mit der Zeit änderte und dass eine Abnahme der Höhe einer Schlechtwetterperiode vorausging. Damit erfand Torricelli im Jahre 1643 das Barometer.
Nach ihm wurde auch die Luftdruckmessung in Torr benannt, wobei
der Normaldruck auf Mereshöhe mit 760 Torr (also 760mm
bzw. 76 cm Höhe des Quecksilberstandes im Glasrohr) angegeben
wurde.
Schon
Torricelli vermutete, das sich der Luftdruck, also das Gewicht
der Luft, mit zunehmender Höhe verringern müsse, da ja weniger
Atmosphäre pro Quadratzentimeter als Gesamtsäule auflasten
würde. Pascal
(1623-1662) wiederholte die Experimente von Torricelli, weil er davon überzeugt war, dass, wenn die Luft ein Gewicht hätte, das Quecksilber weniger hoch aufsteigen müsste, wenn man das Experiment in größerer Höhe durchführen würde.
Wenn auch nur sehr geringfügig, bestätigte sich diese Annahme schon auf der Spitze des nur 52 Meter hohen Turms von Saint-Jacques in Paris. Er führte das Experiment
daraufhin in den verschiedensten Höhen durch und stellte tatsächlich fest, dass die Höhe der Quecksilbersäule mit zunehmender Seehöhe
deutlich abnahm.
Gemessen
wird der Druck verbindlich nach internationaler Vereinbarung
seit 1967 in der Einheit Pascal (nach dem zuvor genannten franz. Physiker Blaise
Pascal). 1 Pa ist der Druck der entsteht, wenn senkrecht auf
die Fläche von 1 m² die Kraft von einem Newton wirkt.
Neben dem Torr war noch das Bar bzw. der tausendste Teil davon,
das Millibar (mbar) in der Meteorologie in Gebrauch. Aus
Gründen der bequemen Umrechnung und der internationalen
Vereinheitlichung wird in der heutigen Meteorologie das
Hectopascal (hPa) verwendet.
Verwendung
fanden und finden folgende Barometertypen: • Flüssigkeitsbarometer,
• Goethe-Barometer,
• Aneroid-/ bzw. Dosenbarometer,
• Röhrenbarometer
und das Sturmglasbarometer.
Da
die Luft wie jedes andere Gas zusammendrückbar ist, nimmt ihr
Druck und ihre Dichte (Gewicht) wie schon beschrieben mit der
Höhe ab. Wobei Ihre Obergrenze dort angenommen werden kann, wo
ihre Dichte gegen Null geht (mehr als 400 km von der
Erdoberfläche enfernt). Wegen der Höhenabhängigkeit des Luftdruckes
müssen die an den Wetterstationen gemessenen Werte unter der
Voraussetzung gleicher Lufttemperratur auf die Bedingungen der
Meereshöhe reduziert (rückgerechnet) werden. Erst dann sind
die gemessenen Luftdruckwerte zur Analyse in den Wetterkarten
geeignet, die durch Linien gleicher Druckwerte — den
Isobaren —
meist in Stufen von 5 zu 5 hPa verbunden werden.
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Der
Wind - der Transporteur der Luft
Jede
Materie, auch die Luft, kann nur dann in Bewegung geraten, wenn
Kräfte auf sie einwirken. In
Erdbodennähe empfindet der Mensch die in horizontaler Richtung
bewegte Luft als Wind. In der Atmosphäre gibt es jedoch auch
auf und abströmende Luftbewegungen, sodass man sagen kann, dass
der Wind, also die Bewegung der Luft in alle Richtungen weht.
Die Vertikalwinde sind vor allem für die Wolkenbildung und
deren Auflösung, sowie für die Entstehung des Niederschlags
und der Gewitter verantwortlich. Weiterhin sind sie grundlegend
an dem Feuchtigkeits- und Wärmetransport von der Erdoberfläche
in die Atmosphäre beteiligt — meteorologisch auch
"vertikaler Austtausch" genannt. Der horizontale
Transport der Luftmassen bewirkt nicht nur das Verfrachten von
gasförmigen Luftsschichten, sondern auch den Mittransport von
feinsten Wassertröpfchen bis hin zu sedimentalen Stoffen wie
Sand, Feinstaub und anderen Partikeln. Die damit verbundene
Problematik um die "Luftverschmutzung" und die
Schadstoffe, die weltweit per Atmosphäre transportiert werden,
sind hinreichend bekannt.
Die
Eigenschaft des Windes, eine bestimmte Kraft auf Gegenstände
auszuüben, wird auch für seine Beobachtung und Messung
ausgenutzt. Der britische Admiral der Segelschifffahrt Sir
Francis Beaufort führte im Jahre 1805 eine Skala ein. Mit ihr
versuchte er die verschiedenen Windstärken auf See zu
klassifizieren und zu normieren und teilte den Zustand der
Meeresoberfläche in 12 Stufen (Beaufortgrade) ein — von
Windstille bis Orkan. Später wurde sie auch auf die
Landbeobachtung übertragen und ist heute noch in Gebrauch.
Allerdings wurde im Jahr 1956 die Windstärke 12 in noch weitere
5 Teilintervalle aufgeteilt, so dass sie nun bis zur Stärke 17
mit über 200 km/h reicht. Geschwindigkeiten über Stärke
12 sind jedoch in Erdbodennähe sehr selten und da eine optische
Differenzierung und Beschreibung nicht mehr möglich ist, werden
sie in der aufgeführten Liste in der Rubrik [Beaufortskala]
auch nicht dargestellt.
Für
die Messung der Windstärke gibt es verschiedene Typen von
Windmessern (Anemometer), von denen das Schalenkreuzanemometer
das gebräuchlichste ist. International standardisiert wird die Windgeschwindigkeit zum meteorologischen Datenaustausch in der bodennahen Grenzschicht in 10 Meter Höhe gemessen, da die Windgeschwindigkeit am Boden lokal sehr unterschiedlich sein kann.
Zudem sollte das Anemometer möglichst 2m freistehend über
eventuelle Gebäude ragen. Selbstredend natürlich auch
großzügig freiflächig gegenüber höherem Baumbewuchs. Neben
dem Schalenkreuz- bzw. Schalensternanemometer mit drei oder vier
Schalen gibt es zur Windmessung noch folgende Typen: • Windplatte,
• Flügelrad-Anemometer,
• Staudruckanemometer
und das Ultraschallanemometer.
Registrierungen
zeigen, dass der Wind nie gleichmäßig weht, sondern eher
mäßig bis stark mit einzelnen Spitzen (Winböen) die
Luftmassen transportiert. Ursache der Böigkeit ist die
Turbulenz der Luft.
Sie
ist jeder Strömung in der Atmosphäre überlagert und von
absolut grundlegender Bedeutung für Wärme, Verdunstung und
Ausbreitung von Gasen und sonstigen Bestandteilen der
Luftmassen. Wäre sie nicht vorhanden, würden die verschiedenen
Schichten der Luftmassen übereinander und nebeneinander
gleiten, ohne sich zu vermischen. Es würde kein Austausch
stattfinden können! Die Turbulenz kann sehr rasch und sehr
stark wechseln, da sie von der Windgeschwindigkeit ebenso
abhängt, wie von der Rauigkeit der Erdoberfläche, den
vertikalen Temperaturschichtungen und dem Luftdruckunterschied
in der benachbarten Atmosphäre.
Treten
die Windböen innerhalb eines linienförmig angeordneten Gebietes auf, so nennt man diese Region
Böenfront. Böen mit vertikaler Strömungsrichtung
werden als Fallbö bezeichnet.
Die Windböe unterscheidet sich von der Windgeschwindigkeit
dahingehend, dass der gemessene 10-Minuten-Mittelwert der Windgeschwindigkeit innerhalb
von mindestens 3 bis maximal 20 Sekunden anhaltend um mindestens
18 km/h (5 kn) überschritten wird. Der DWD unterscheidet zusätzlich zwischen
Sturmböen (ab Windgeschwindigkeiten von 62 km/h) und Orkanböen, die ab einer Geschwindigkeit von mindestens 103 km/h auftreten.
Die
Geschwindigkeit des Windes wird
in Meter pro Sekunde (m/s), in Kilometer pro Stunde (km/h) oder in der Seefahrt in Knoten (kt = 1,852 km/h)
gemessen und wird gemittelt aus einem Zeitintervall von
10-Minuten angegeben.
Die
Windrichtung, also die Richtung aus der der Wind weht, wird nach
seiner Himmelsrichtung bestimmt. Zu den gebräuchlichen Angaben
wie Nord, Ost, Süd und West und deren untergeordneten
Bezeichnungen wie zum Beispiel SW oder N-NO wird häufig auch die
Bestimmung nach einem 360° Vollkreis vorgenommen. Dabei
bedeuten 360° Wind aus Norden, 90° Wind aus Osten, 180° Wind
aus Süden und 270° Wind aus Westen. Demzufolge wäre eben
genanntens Beispiel Wind aus SW gleich 225° und Wind aus N-NO gleich
22,5° (s. Abb. Windrose).
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Der
Windverlauf (Wind Run) - die Bestimmung der Windmenge
Der Windverlauf gibt die Menge an Luft an, welche über einen bestimmten Zeitraum
an einem bestimmten Meßort ermittelt wird. Dabei wird jede aufgetretene Windgeschwindigkeit zusammen mit der Zeitspanne ihres Auftretens über einen
festgelegten Zeitraum (i.d.R. pro Tag, Monat o. Jahr)
aufaddiert.
Der Windverlauf kann damit auch für eine mögliche Leistungsausbeute
von Windkraftanlagen herangezogen werden, wobei hierfür aber
insbesondere die höheren Windgeschwindigkeitsgrößen von
vorrangiger Bedeutung sind.
Berechnungsbeispiel:
Nehmen wir an, der Wind weht 18 Stunden lang mit einer konstanten Geschwindigkeit von 15 km/h,
danach noch 2 Stunden mit 12 km/h und die restlichen 4 Stunden mit noch
9 km/h, so ergibt das einen Wind Run für 1Tag von:
Geschwindigkeit
(15 km/h) |
x |
Zeit
(18h) |
/ |
1Tag
(24h) |
= |
11,25
km |
Geschwindigkeit
(12 km/h) |
x |
Zeit
(2h) |
/ |
1Tag
(24h) |
= |
1,0
km |
Geschwindigkeit
(9 km/h) |
x |
Zeit
(4h) |
/ |
1Tag
(24h) |
= |
1,5
km |
————————————
|
|
|
|
|
Wind
Run |
= |
13,75
km |
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Die
Luftfeuchtigkeit - die Wasserdampfmenge in der Luft
Der
Luftfeuchtigkeitswert bezieht sich alleine auf die Menge an
Wasserdampf in der Luft. Flüssiges Wasser (Regentropfen,
Nebeltröpfchen) oder Eis (Schneekristalle) werden der
Luftfeuchtigkeit nicht zugerechnet. Die Gesamtmenge des Wasserdampfs, die
die Luft enthalten kann, ist je nach Lufttemperatur und
Luftdruck unterschiedlich.
Die relative Luftfeuchtigkeit
berücksichtigt diese Faktoren und bietet eine
Luftfeuchtigkeitsmessung an, welche die Menge des Wasserdampfs
in der Luft als Prozentsatz der Menge angibt, die die Luft
maximal in Abhängigkeit der
Lufttemperatur und Druck aufnehmen könnte. Die relative
Luftfeuchtigkeit ist damit nicht ein Maß für die Menge des
Wasserdampfs in der Luft, sondern ein Verhältnis der gemessenen
Wasserdampfmenge zur maximal aufnehmbaren Menge bei gleichem
Temperatur-/Druckverhaltnis. Die relative
Luftfeuchtigkeit lässt unmittelbar erkennen, in welchem
Ausmaß die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist:
•
bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% enthält die Luft nur die Hälfte der Wasserdampfmenge, die bei
entsprechend gleicher Temperatur und Druck maximal enthalten sein könnte.
•
bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit ist die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt.
• wird die Sättigung von 100% überschritten, so schlägt sich die überschüssige Feuchtigkeit als Kondenswasser bzw. Nebel
oder Reif nieder.
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Der
Taupunkt - Gleichgewichtszustand
an kondensierendem und verdunstendem Wasser
Die Luft ist,
wie weiter oben schon beschrieben, ein Gemisch verschiedener Gase. Eines dieser Gase ist der Wasserdampf. Die Menge an Wasserdampf, die in der Luft enthalten sein kann, ist
wie ebenfalls schon erwähnt, begrenzt. Die relative Luftfeuchtigkeit gibt an, wieviel Prozent des maximalen Wasserdampfgehaltes die Luft im Augenblick enthält. Da der maximale Wasserdampfgehalt mit steigender Temperatur ansteigt, fällt die relative Luftfeuchtigkeit mit steigender Temperatur (und
umgekehrt) — vereinfacht ausgedrückt: Je wärmer desto weniger
relative Luftfeuchtigkeit und je kälter desto mehr.
Die Taupunkttemperatur ist definiert als die Temperatur, bei der der aktuelle Wasserdampfgehalt in der Luft der maximale
ist, also 100% relative Luftfeuchtigkeit. Mit
Erreichen des Taupunkts ist somit eine relative
Feuchte von 100 % erreicht und in deren Folge kommt es
zur Kondensation.
Die Taupunkttemperatur ist damit eine von der aktuellen Temperatur unabhängige Größe.
In
der Meteorologie gibt der Taupunkt die Grenztemperatur an, bei
der, in Abhängigkeit vom Luftdruck, der in der Luft enthaltene
Wasserdampf gerade damit beginnt Kondensat (Tropfen,
Eiskristalle) zu bilden. Enthält
beispielsweise 1 Kubikmeter Luft 50 g Wasserdampf,
muss die Temperatur mindestens 40 °C betragen, damit sich
keine Wassertröpfchen bilden. Bei Unterschreitung bilden sich
bei Anwesenheit von Kondensationskeimen
spontan Tröpfchen / Wolken. Ist also genügend
Luftfeuchtigkeit in der Region
|
enthalten,
bilden sich spontan in den kühleren Luftschichten bei vorhandensein von
Kondensationskeimen Wolken. Die sprichwörtlichen
Kondensstreifen am Himmel durch Düsenflugzeuge
verursacht, zeigen damit immer auch das Vorhandensein
von Luftfeuchtigkeit an, womit daraus resultierend
gesagt werden kann, das längere und bleibende
Kondensstreifen auch baldige Wetterumschwünge mit Regen
voraussagen.
Liegt
ein Taupunkt bei Temperaturen unterhalb der Frostgrenze, sodass
sich als Kondensat Eis bildet, wird ein solcher Taupunkt
alternativ auch Frostpunkt, Eispunkt oder Reifpunkt
genannt.
|
Reif
auf Laub |
Das ihm zurechenbare charakteristische Wetterphänomen ist der Reif.Der
Taupunkt ist ein guter Indikator für den tatsächlichen
Wasserdampfgehalt in der Luft und damit eine wichtige
Messgröße, mit deren Hilfe Wetterentwicklungen recht
gut vorausgesagt werden können: Liegen Taupunkt und
Temperatur am späteren Nachmittag, wenn die Luft
kälter wird, dicht beieinander, ist Nebel während der
kommenden Nacht und am folgenden Morgen sehr
wahrscheinlich. Da ein hoher Taupunkt auch einen hohen
Wasserdampfgehalt in der Luft anzeigt, ist die
Wahrscheinlichkeit eines herannahenden Regengebietes bis
hin zu starken Gewittern sehr hoch.
Der
Taupunkt wird auch genutzt um die Schwüle zu
definieren: Luft mit einem Taupunkt oberhalb von 16°C
wird als schwül bezeichnet.
Der
Wasserdampf ist übrigens das bedeutenste
Treibhausgas,
deutlich vor Kohlendioxid. Etwa zwei Drittel des natürlichen
Treibhauseffekts werden vom Wasserdampf verursacht. Der
Mensch beeinflusst aber die Menge an Wasserdampf, die in
die Atmosphäre gelangt viel weniger, als die Menge an
Kohlendioxid.
|
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Niederschlag
- der ewige Kreislauf des Wassers
Niederschlag
ensteht infolge des Überschreitens des Taupunktes.
Auf den Boden fallende Niederschläge treten dabei in Form von Regentropfen,
Schneeflocken, Tau, Nebel, Raureif, Hagel oder Graupel
auf — wobei Regen die häufigste Form von Niederschlag aus
den Wolken
ist. Er besteht aus Wasser,
das nach Kondensation
von Wasserdampf
infolge der Schwerkraft
auf die Erde fällt.
Die
ersten Regenmessungen wurden vor etwa 2000 Jahren in
Indien vorgenommen, in Europa verwendete man Regensammler
zum ersten Mal im 17. Jahrhundert. Die ersten Regenmesser
wurden auf Dächern montiert, heute stellt man sie in
Bodennähe auf, um den Windeinfluss zu verringern. Größe
und Form der offiziellen Regenmesser
sind von Land zu Land unterschiedlich. Ihre
Vereinheitlichung scheiterte bisher daran, dass dadurch
die Vergleichbarkeit mit langjährigen Aufzeichnungen
eingeschränkt würde.
|
Youtube-Video:
Animation des Wasserkreislaufs. Diese Animation ist Teil der
LernMax-Software für den Sachunterricht.
https://www.lernmax.at
|
Metereologische
Größen von Niederschlag:
►
Sprühregen (Nieselregen)
Sprühregen bzw. Nieselregen wird nach seiner Form definiert. Sprühregen
besteht aus kleinen Tröpfchen, die üblicherweise aus ↑Stratuswolken
fallen. Die Tröpfchen haben einen Durchmesser, der kleiner als 0,5 Millimeter
ist. Bei einer Niederschlagsintensität von bis zu 0,2 Millimeter je Stunde
spricht man von einem leichten, bei 0,2 bis 0,5 Millimeter je Stunde von einem mäßigen
und bei über 0,5 Millimeter je Stunde von einem starken Sprühregen.
►
Schauer
Ein Schauer ist eine kurz andauernde Niederschlagssituation
bis maximal 45 Minuten, mit meist hoher, manchmal schnell wechselnder
Niederschlagsintensität und dabei meist eng begrenztem Niedersschlagsgebiet
(kleiner als 10 km²). Es gibt Regen-,
Hagel-, Graupel- und Schneeschauer. Aus der Ferne betrachtet zeigen sich Schauer
fast immer als Schleppen, die umgangssprachlich auch als Fallstreifen bezeichnet
werden.
►
Landregen
(Dauerregen)
Im Gegensatz zum ↑Schauer
bezeichnet der Landregen eine lang andauernde Niederschlagssituation,
welcher in den gemäßigten Breiten fast ausschließlich aus ↑Nimbostratuswolken
fällt. Dauerregen kann in den Tropen, Subtropen und gemäßigten Breiten
beobachtet werden und mehrere Stunden bis Tage dauern, selten jedoch auch
mehrere Wochen. Im Allgemeinen spricht man dann von einem Dauerregen, wenn er mit
ununterbrochenen Regenfällen und einer Heftigkeit von über 0,5 Millimeter
Niederschlag
pro Stunde über einen Zeitraum von mindestens sechs Stunden anhält.
►
Platzregen
Platzregen ist eine Regenform, die sich
zeitlich und räumlich nur auf einem kleinen Gebiet abregnet — es dauert
meistens nur wenige Minuten und betrifft oft weniger als einen Quadratkilometer.
Platzregen können sehr heftig sein (↑Starkregen) und sind dann schwer vom
↑Schauer abzugrenzen. In allgemeinen Wettervorhersagen werden Platzregen oft mit
Formulierungen wie "heiter bis wolkig mit möglicher lokaler Schauertätigkeit"
oder "örtliche Schauerneigung" angekündigt.
►
Starkregen
Von Starkregen spricht man bei großen Niederschlagsmengen pro Zeiteinheit. Er fällt
meist aus konvektiver Bewölkung (z.B. ↑Cumulonimbuswolken).
Starkregen kann zu schnell ansteigenden Wasserständen und (bzw. oder) zu Überschwemmungen
führen, häufig einhergehend mit Bodenerosion.
"Starkregen" wird im deutschen Sprachraum wie folgt definiert: mehr als 5mm pro
5min-Zeiteinheit, mehr als 7,1mm pro 10min-Zeiteinheit, mehr als 10mm pro
20min-Zeiteinheit bzw. mehr als 17mm pro Stunde.
Von "heftigem Starkregen" wird ab einer Menge von 25 Millimetern pro Stunde oder 35 Millimetern innerhalb von sechs Stunden gesprochen.
►
Gefrierender Regen
Gefrierender Regen hat seinen Namen nach der Wirkung am Boden: Es entsteht beim
Auftreffen auf dem Boden dann das bekannte Glatteis. Gefrierender Regen hat eine
Temperatur von über 0 °C, ist also nicht unterkühlt, und gefriert erst
nach dem Auftreffen auf eine wesentlich kältere Oberfläche. Diese bildet oft
ein nicht durch Schnee überdeckter Boden, der über einen längeren
Zeitraum hinweg bei starkem Frost bis in tiefe Lagen ausgekühlt ist. "Gefrierender
Regen" und ↑Eisregen werden oft fälschlich für
das Gleiche gehalten — massives Glatteis auf Fahrbahnen wird in
aller Regel durch
gefrierenden Regen verursacht (weitaus häufiger aber durch überfrierende
Luftfeuchtigkeit oder Nebel).
►
Eisregen
Eisregen besteht aus unterkühlten Regentropfen, die wesentlich kälter als 0 °C
sind, in flüssigem Zustand fallen und die beim Auftreffen sofort gefrieren.
Unterkühlte Tropfen entstehen, wenn saubere Regentropfen durch kalte und sehr
reine Luftschichten fallen, wobei sie sich bis weit unter 0 °C abkühlen,
jedoch mangels Kristallisationskeimen
flüssig bleiben. Trifft so ein unterkühlter Regentropfen auf ein festes
Hindernis, nutzt er dies als Kristallisationskeim und gefriert schlagartig, so
dass beregnete Gegenstände schon nach kurzer Zeit von einem bis zu mehrere
Zentimeter starken kompakten Eispanzer (fachlich: Glaze) bedeckt sind. Im
Gegensatz zu ↑Eis- oder ↑gefrierenden Regen gibt
es noch die bereits gefrorenen Niederschläge
wie Hagel, Graupel und Griesel oder ↑Schnee, die bereits in den
Wolken enstehen und als fester Niederschlag zu Boden fallen.
|
Eiskruste um das Geäst
eines Strauches nach Eisregen
(c) by Barfooz
/ Wikipedia
|
►
Schnee
Schnee besteht aus feinen Eiskristallen
und ist die häufigste Form des festen Niederschlags. Die
unterschiedlichen Stammformen der Schneekristalle hängen von
der Temperatur ab. Der mittlere Durchmesser von Schneeflocken beträgt
ca. fünf Millimeter. Je höher
die Temperatur wird, desto größer werden die Flocken, da die
Kristalle schmelzen und zu großen Flocken verkleben. Die größte
Komplexität der Schneekristalle zeigt sich bei hoher ↑Luftfeuchtigkeit, da diese auch noch filigranere Strukturen
wachsen lässt. Bei sehr niedrigen Temperaturen sind die
Eiskristalle nicht nur kleiner und einfacher gebaut, sondern es
schneit auch weniger als bei Temperaturen knapp unter dem
Gefrierpunkt.
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Evapotranspiration
(ET) - die Gesamtverdunstungsmenge
Evapotranspiration
bezeichnet in der Meteorologie die Summe aus Transpiration
und Evaporation,
also der Verdunstung von Wasser aus Tier- und Pflanzenwelt,
sowie der Boden-/Wasseroberfläche. Die wichtigsten
beeinflussenden Faktoren sind: der Wassergehalt des Bodens,
die Vegetationsdichte der Erdoberfläche, die aktuelle Sonneneinstrahlung,
die Luftfeuchtigkeit, die Temperatur der Erd- bzw. Wasseroberfläche,
die Bodentemperatur der bodennahen Luftschichten und die Windgeschwindigkeit an der Erdoberfläche.
Damit ist der Wert der ET als der direkte Gegenteil vom
Niederschlag anzusehen und wird auch in derselben Maßeinheit
(Millimeter, l/m²) angegeben. [Die Wettersstationen des Typs
Davis Ventage Pro2 verwenden die Lufttemperatur, relative
Luftfeuchtigkeit, durchschnittl. Windgeschwindigkeit und
Sonneneinstrahldaten zur Schätzung der ET, die alle volle
Stunde berechnet wird.]
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Solar-Strahlung -
die globale Strahlungsenergie der Sonne
Solarstrahlung
bzw. auch Sonnenstrahlung
ist die Strahlung, die von der
Sonne direkt auf der Erde eintrifft und die wir zu einem großen
Teil auch sehen und spüren können. Abhängig von der Wellenlänge wird die Sonnenstrahlung von der Atmosphäre mehr oder weniger stark absorbiert. Die an der Erdoberfläche eintreffende Intensität hängt zudem stark vom Wetter und vom Sonnenstand ab.
Was wir die "aktuelle Sonnenstrahlung" nennen, wird technisch mit
"globaler Sonnenstrahlung" bezeichnet, einem Maß für die Intensität der
Sonnenstrahlung, die eine horizontale Fläche erreicht. Diese Bestrahlungsstärke umfasst
sowohl die direkte Komponente von der Sonne und die reflektierte
Komponente vom restlichen Himmel. Der Sonnenstrahlungsmesswert liefert ein
Maß für die Menge der Sonnenstrahlen, die den Sonneneinstrahlungssensor zu einem bestimmten
Zeitpunkt erreicht, und wird in Watt/Quadratmeter (W/m²) ausgedrückt.
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UV-Strahlung
- die "erhöhte biologische Komponente"
der Sonnenenergie Die
Sonnenenergie erreicht die Erde als sichtbare, infrarote und
ultraviolette Strahlung. Die UV-Strahlung ist für den Menschen
im Gegensatz zur globalen Solarstrahlung eine unsichtbare
elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge, die kürzer
ist als die des für den Menschen sichtbaren Lichtes. Die
Bezeichnung ultraviolett steht dabei dafür, dass das UV-Spektrum mit etwas kürzeren
Wellenlängen als jene beginnt, die der Mensch gerade noch als
Farbe Blauviolett wahrzunehmen vermag.
Die Atmosphäre der Erde ist ein natürlicher Filter für die
UV-Strahlung. Dabei ist die Ozonschicht in 12 bis 30 km Höhe
von besonderer Bedeutung. Die Auswirkung einer Reduktion dieses
Gesamtozons auf die Lebewesen ist eine Zunahme des biologisch
besonders wirksamen UV-B.
Die ultraviolette (UV-) Strahlung, insbesondere ihr kurzwelliger
Anteil, das UV-B, weist eine erhöhte biologische Wirksamkeit
auf. UV-B kann die Erbsubstanz DNA direkt schädigen
— UV-A über reaktive
Sauerstoffverbindungen indirekt.
Beim Menschen erzeugt UV-Strahlung akute Hautbräunung als Zeichen
des Schutzes vor erhöhten UV-Dosen. Der "Sonnenbrand"
ist damit immer ein Zeichen für die Überdosierung und die damit
einhergehende Überforderung der
Schutzmechanismen der Haut. Weitere akute Folgen sind eine
Verschlechterung der Immunlage des Organismus, die Hell- und Dunkelhäutige gleichermaßen betreffen, und der Einfluss auf
das Auge (Schneeblindheit, grauer Star). Darüber hinaus sind für die
Gesundheit besonders die Spätfolgen übermäßigen
Sonnengenusses zu beachten. Dies sind frühzeitige Alterung der
Haut und der Hautkrebs.
Die UV-Strahlung besitzt aber auch günstige Eigenschaften.
Insbesondere stimuliert sie auf natürliche Weise die Bildung
des Vitamins D3, das für Knochenaufbau und -erhalt wichtig ist.
Ferner findet sie Verwendung in der Therapie einiger
Hautkrankheiten, z. B. Neurodermitis.
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.
UV-Index
- die standartisierte Klassifizierung der
gefährlichen Strahlung
Der
UV-Index ist ein Maß für die Intensität der sonnenbrandwirksamen ultravioletten (UV-) Strahlung und wird von der WHO als das
wichtigste
Instrument gesehen, auf die Risiken eines übermäßigen UV-Genusses aufmerksam zu machen.
Was sind die Gründe für den UV-Index? Nicht nur in den besonders sonnereichen Ländern, auch in Deutschland nimmt in der weißhäutigen Bevölkerung die Zahl der Neuerkrankungen an Hautkrebs seit Jahrzehnten gravierend zu. Sie verdoppelt sich in Deutschland etwa alle 10 Jahre
(Bundesamt für Strahlenschutz 2003). Wesentlicher Grund ist die gesellschaftliche Sicht, die intensive
Hautbräunung
— eigentlich ein Zeichen der Überexposition gegenüber der
UV-Strahlung
— als Zeichen von Sportlichkeit, Schönheit und guter Gesundheit idealisiert. Die Zahl der Urlaubstage hat zugenommen und die Möglichkeit, diese schönsten Tage des Jahres in sonnenreichen Landstrichen zu verbringen.
Zusätzlich birgt die menschengemachte Verdünnung des stratosphärischen Ozons (Extremfall das Antarktische
Ozonloch) in den mittleren und höheren Breiten seit Ende der 60'er Jahre des 20. Jahrhunderts die Gefahr, dass der UV-Anteil der Sonnenstrahlung zunimmt. Dadurch können Sonnenbrand und Hautveränderungen schneller entstehen.
Der UV-Index gilt für alle Hauttypen gleichermaßen.
Die Strahlenschutzkommission (1995) empfiehlt in Verbindung mit dem UV-Index:
UV-Index |
Belastung |
Sonnenbrand möglich |
Schutzmaßnahmen |
|
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Das
Wetter - begriffliche Abklärung
In
WikipediA heißt es
dazu:
"..Das
Wetter charakterisiert den Zustand der Atmosphäre
an einem bestimmten Ort und zu einem bestimmten
Zeitpunkt. Kennzeichnend sind die meteorologischen
Elemente Strahlung, Luftdruck, Lufttemperatur,
Luftfeuchtigkeit und Wind, sowie die daraus
ableitbaren Elemente Bewölkung, Niederschlag,
Sichtweite etc.. Das Wetter ist das augenblickliche
Bild eines Vorganges (Wettergeschehen), das sich
hauptsächlich in der Troposphäre
abspielt. Es kann sich
— im Gegensatz zur
Wetterlage und Witterung — mehrmals täglich ändern.
►
Wetterlage:
Zustand der Atmosphäre in einem größeren Gebiet
und zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die Wetterlage ändert
sich von Tag zu Tag mehr oder weniger stark.
►
Witterung:
Der allgemeine, durchschnittliche oder auch
vorherrschende Charakter des Wetters an einem Ort über
einen Zeitraum mehrerer Tage oder Wochen betrachtet.
Besonders in Betracht gezogen werden dabei die fühlbaren
Wetterelemente wie Niederschlag, Temperatur, Wind und
Luftfeuchtigkeit.
►
Klima:
Der für eine Region (bzw. eine größere Klimazone)
typische jährliche
Ablauf der Witterung, zum Beispiel mildes, raues oder
winterfeuchtes Klima. Detailliert beschreiben das Monatskurven
von Temperatur und Niederschlägen, die sich aus
Wetterstatistiken vieler Jahre bis Jahrzehnte ergeben.
Wichtigste Klimaparameter sind unter anderem die Solarkonstante,
Strahlungsbilanz,
fühlbare
und latente
Wärmeströme, Wärmeflüsse der Ozeane, allgemeine
Zirkulation der Atmosphäre, sowie große Vulkanausbrüche.
►
Klimaänderung:
eine langfristige, tiefgreifende Veränderung in größeren
Gebieten oder Klimazonen. So wird sich die globale
Erwärmung in Sibirien
und in der Sahelzone
stark auswirken (Auftauen von Permafrost-Böden,
die zunehmende Trockenheit), in Mitteleuropa hingegen
kaum.
►
Ein Wetterumschwung
ist eine
— verhältnismäßig rasche und plötzliche
— Änderung der Wetterlage in einem bestimmten Gebiet und zu
einem bestimmten Zeitpunkt..."
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