Von der Schäfchenwolke …

Präsentation zum Thema: "Von der Schäfchenwolke …"—  Präsentation transkript:

1 Von der Schäfchenwolke …
© Physik am Samstag, 18. Juni 2005

2 Klaus D. Beheng, Institut für Meteorologie und Klimaforschung
… zum Gewitter Klaus D. Beheng, Institut für Meteorologie und Klimaforschung © Physik am Samstag, 18. Juni 2005

3 Wolken in der Atmosphäre Entstehung von Wolken Wolkenformen
Was erwartet Sie ? Wolken in der Atmosphäre Entstehung von Wolken Wolkenformen Wolkenpartikel: Entstehung und Wachstum Wie lernt man etwas über Wolken ? Kann man Gewitter vorhersagen ? Physik am Samstag, 18. Juni 2005

4 Welche Rolle spielen Wolken in der Atmosphäre?
sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum Physik am Samstag, 18. Juni 2005

5 © Physik am Samstag, 18. Juni 2005

6 Welche Rolle spielen Wolken in der Atmosphäre?
sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum sie fangen Wärmestrahlung von der Erde ein Physik am Samstag, 18. Juni 2005

7 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

8 Welche Rolle spielen Wolken in der Atmosphäre?
sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum sie fangen Wärmestrahlung von der Erde ein sie sorgen für Niederschlag und damit für Wasser auf der Erde Physik am Samstag, 18. Juni 2005

9 © Physik am Samstag, 18. Juni 2005

10 Wie entstehen Wolken ? Feuchte Luft muss sich abkühlen, bis Sättigung eintritt. Abkühlung findet statt - durch Kontakt mit einem kalten Erdboden: Es entsteht Nebel ; Physik am Samstag, 18. Juni 2005

11 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

12 Wie entstehen Wolken ? Feuchte Luft muss sich abkühlen, bis Sättigung eintritt. Abkühlung findet statt - durch Kontakt mit einem kalten Erdboden: Es entsteht Nebel ; - durch Hebung an einem Hindernis (Berg, Wetterfront) Physik am Samstag, 18. Juni 2005

13 Wie entstehen Wolken ? Physik am Samstag, 18. Juni 2005

14 Wie entstehen Wolken ? Feuchte Luft muss sich abkühlen, bis Sättigung eintritt. Abkühlung findet statt - durch Kontakt mit einem kalten Erdboden: Es entsteht Nebel ; - durch Hebung an einem Hindernis (Berg, Wetterfront) - durch Aufsteigen von Luft, die am Boden erwärmt wird (Konvektion) Physik am Samstag, 18. Juni 2005

15 Wie entstehen Wolken ? Physik am Samstag, 18. Juni 2005

16 Südbrasilien vom Space Shuttle aus
Wolkenobergrenze : 15 km Physik am Samstag, 18. Juni 2005

17 Wolkenformen Klassifizierung nach Howard Luke (1772-1864) :
Schichtwolken (stratus) Haufenwolken (cumulus) Federwolken (cirrus) Physik am Samstag, 18. Juni 2005

18 Howard Luke, 1810 Goethe, 1817 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

19 Beispiele von Wolkenformen (1) Cirren
© Physik am Samstag, 18. Juni 2005

20 Beispiele von Wolkenformen (2) Cumulus
Physik am Samstag, 18. Juni 2005 ©

21 Beispiele von Wolkenformen (3) Stratus
Physik am Samstag, 18. Juni 2005 ©

22 Wolkenpartikel: Entstehung
Wolken entstehen durch Abkühlung feuchter Luft: Wasserdampf geht in Wasser oder Eis über (Kondensation, Deposition) Aber: Wasserdampf alleine reicht nicht aus. Der Wasserdampf muss sich an einem „Keim“ (Aerosolpartikel) anlagern. Physik am Samstag, 18. Juni 2005

23 Haar 100 mm Ammoniumsulfat + Russ 1 mm Ätna, 14.12.2002, space shuttle
Physik am Samstag, 18. Juni 2005

24 kleinste Wolkentröpfchen 20 mal kleiner als ein Haar
100 mm Wolkentröpfchen (5 – 50 mm) 3 mm = 3000 mm Regentropfen kleinste Wolkentröpfchen 20 mal kleiner als ein Haar Regentropfen 600 mal grösser als kleinste Wolkentröpfchen Regentropfen 30 mal grösser als ein Haar Physik am Samstag, 18. Juni 2005

25 Wieviel Wasser ist in einer Wolke ?
Wolkenvolumen: Breite x Länge x Höhe = 10 km x 10 km x 10 km = 1000 km3 Mittlerer Wassergehalt: 1 g/m3 = t/km3 also 1 Mio t Wasser in Wolke, d.h. alle Bewohner von Karlsruhe können ihre Badewannen 20 mal füllen mittlere Anzahl: 100 Tröpfchen/ cm3 mittlerer Wassergehalt: 1 g/m3 (eine Murmel aus Wasser) Physik am Samstag, 18. Juni 2005

26 Wolkenpartikel: Wachstum
Durch Kondensation: Wasserdampf strömt auf ein kleines Tröpfchen auf, wodurch es sich vergrössert Wasserdampf Physik am Samstag, 18. Juni 2005

27 Wolkenpartikel: Wachstum
Durch Stossen: Kleine Tropfen stossen mit kleinen oder grossen, wodurch sie noch grösser werden … oder auch nicht Physik am Samstag, 18. Juni 2005

28 Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt, Univ. Stuttgart
Physik am Samstag, 18. Juni 2005 Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt, Univ. Stuttgart

29 Diplomarbeit Kai Jellinghaus, in Kooperation mit Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt, Univ. Stuttgart Physik am Samstag, 18. Juni 2005

30 Wilson Bentley (1865-1931) „Snowflake Bentley“
1. Eiskristallphoto: 1885 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

31 Libbrecht & Rasmussen, 2003 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

32 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

33 Wolkenpartikel: Wachstum
Eiskristalle wachsen durch Deposition: Unterkühlter Wasserdampf strömt auf den Kristall auf Physik am Samstag, 18. Juni 2005

34 Nakaya, 1954 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

35 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

36 Wolkenpartikel: Wachstum
Eiskristalle wachsen auch durch Anfrieren von unterkühlten Wolkentropfen: Es entstehen Graupelpartikel … und dann Hagel Physik am Samstag, 18. Juni 2005

37 … und jetzt der Weltrekord
Physik am Samstag, 18. Juni 2005

38 Hagel, 600 g (ca. 60% der Gesamtmasse)
Weltrekord Hagel, 600 g (ca. 60% der Gesamtmasse) Durchmesser: 18 cm, Fallgeschwindigkeit: 160 km/h 22. Juni 2003, Aurora, Nebraska, USA Physik am Samstag, 18. Juni 2005

39 Durchmesser: 15 cm, Fallgeschwindigkeit: 180 km/h
alter Weltrekord Hagel, 750 g Durchmesser: 15 cm, Fallgeschwindigkeit: 180 km/h 3. September 1970, Coffeyville, Kansas, USA Physik am Samstag, 18. Juni 2005

40 Durchmesser: 15 cm, Fallgeschwindigkeit: 180 km/h
alter Weltrekord Hagel, 750 g Durchmesser: 15 cm, Fallgeschwindigkeit: 180 km/h 3. September 1970, Coffeyville, Kansas, USA Physik am Samstag, 18. Juni 2005

41 Wie lernt man etwas über Wolken ? (1)
Messungen vom Flugzeug aus: Flugzeug ist sehr schnell  Messgeräte müssen sehr schnell sein Flugzeug „stört“ die Wolke und ihre Entwicklung Hohe Vertikalgeschwindigkeiten (bis 40 m/s = 140 km/h) Gefahr durch Vereisung und Blitz- und Hagelschlag Physik am Samstag, 18. Juni 2005

42 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

43 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

44 Wie lernt man etwas über Wolken ? (2)
Radarmessungen Indirekte Methode : Man misst nur ein „Echo“ von Streuern (Tropfen, Eispartikeln). Dafür aber sicher, schnell und flächendeckend. C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe Physik am Samstag, 18. Juni 2005

45 Wie lernt man etwas über Wolken ? (3)
Durch mathematisch-physikalische Modelle Physik am Samstag, 18. Juni 2005

46 Seifert, 2002 Physik am Samstag, 18. Juni 2005

47 Berechnungen von Wolken (1)
Physik am Samstag, 18. Juni 2005

48 Berechnungen von Wolken (2)
Physik am Samstag, 18. Juni 2005

49 Berechnungen von Wolken (3)
Physik am Samstag, 18. Juni 2005

50 Berechnungen von Wolken (4)
Physik am Samstag, 18. Juni 2005

51 C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe
Radarmessungen (1) C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe Physik am Samstag, 18. Juni 2005

52 C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe
Radarmessungen (2) C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe Physik am Samstag, 18. Juni 2005 Jan Handwerker, 2003

53 Radarmessungen (3) Winfried Straub, 2004
Physik am Samstag, 18. Juni 2005

54 Kann man Gewitter vorhersagen ?
Sehr schwierig, denn wir kennen nicht alle Bedingungen, die zur Entstehung und zeitlichen und räumlichen Entwicklung führen. Radarmessungen zeigen, dass Zugbahnen (Ort und Zeit) nur für sehr kurze Zeit und sehr kurze Distanzen vorhersagbar sind. Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft Fazit: Es muss noch viel Forschungsarbeit geleistet werden. Physik am Samstag, 18. Juni 2005

55 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Physik am Samstag, 18. Juni 2005