Geographisches Institut Temperatur (und deren Messung)

Präsentation zum Thema: "Geographisches Institut Temperatur (und deren Messung)"—  Präsentation transkript:

1 Geographisches Institut Temperatur (und deren Messung)

2 Einführungsübung: Geomorphologie(Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.)RN 239 Temperatur Physikalische Grundlagen: Was ist Temperatur ? Temperatur definiert sich über die mittlere molekularkinetische Energie Temperatur definiert sich über die mittlere molekularkinetische Energie von Materie; von Materie; Thermodynamisch stellt es den Bewegungszustand der Moleküle dar; Thermodynamisch stellt es den Bewegungszustand der Moleküle dar; die Lufttemperatur ist ein Maß für den Wärmezustand der Luft, hauptsächlich die Lufttemperatur ist ein Maß für den Wärmezustand der Luft, hauptsächlich gekennzeichnet durch die Wärmeabgabe (Infrarot-Strahlung) der EOF / Meere gekennzeichnet durch die Wärmeabgabe (Infrarot-Strahlung) der EOF / Meere die Messung beinhaltet keinerlei Strahlungseinflüsse; die Messung beinhaltet keinerlei Strahlungseinflüsse; Wahre Lufttemperatur ist die Schattentemperatur und misst nur den momentanen Wahre Lufttemperatur ist die Schattentemperatur und misst nur den momentanen Zustand der durch Sonnenenergie angeregten Molekülaktivität; Zustand der durch Sonnenenergie angeregten Molekülaktivität;

3 Temperatur Physikalische Grundlagen: Insolation regt folglich die Moleküle an (versetzt sie in Schwingung) und erzeugt dadurch das, was wir spüren… WÄRME Es wird dabei unterschieden in: 1.latente Wärme (verborgen) 2.sensible Wärme (fühl-/ messbar)

4 Messung von Temperatur: Temperatur Physikalische Voraussetzung: Erwärmung führt zu: 1. Ausdehnung von Materie; 2. Druckzunahme. Bleibt folglich der Druck konstant, führt eine Energiezugabe zu Temperaturzunahme und die Materie dehnt sich aus; Umgekehrt zieht sich die Materie bei Energieabgabe zusammen und führt zu Temperaturabnahme;  Für eine vergleichbare Temperaturmessung müssen folgende Kriterien erfüllt sein: 1.der spezifische Ausdehnungskoeffizient des Messmediums muss bekannt sein; 2.Normierung der Geräteinstallation zur Gewährleistung der Druckkonstanz (Einbauhöhe: ; atmosphärischer Druck [Eichwert]: ) (Einbauhöhe: ; atmosphärischer Druck [Eichwert]: ) 2m 1013,2 hPa

5 Temperatur Messgeräte: Quecksilberthermometer; Quecksilberthermometer; Wetterhütte; Wetterhütte; Assmannscher Aspirationsthermometer; Assmannscher Aspirationsthermometer; Bimetallthermometer; Bimetallthermometer; Widerstandsthermometer (Hitzedraht); Widerstandsthermometer (Hitzedraht); Messskalen: °C: K: K:°F: 0°C = Gefrierpunkt; 100°C = Siedepunkt = °C + 273,15; (Absoluter Nullpunkt = -273,15°C) = (32 + 9/5 x [°F] ) °C

6 Temperatur Vergleichbarkeit der Daten: Wahre Tagesmittel: Arithmetisches Mittel aller Messwerte eines Tages [alle Messwerte von 0 Uhr bis (24 Uhr – Messintervall)] Mannheimer Stunden: Gemittelte Temperatur der Werte um 7, 14 und 21 Uhr nach mittlerer Ortszeit (MOZ)  (7 Uhr + 14 Uhr + 21 Uhr + 21 Uhr) /4 Min-Max: Mittelwert aus den beiden Extremwerten eines Messintervalls [= Median] Monatsmittel: Arithmetisches Mittel der Tagesmittelwerte eines Monats Jahresmittel: Arithmetisches Mittel der Monatsmittelwerte eines Jahres Temperaturamplitude = Differenz zwischen den höchsten und niedrigsten Temperaturwerte eines Messintervalls

7 Temperatur Vergleichbarkeit der Daten: Zeit°CZeit°C 04,51215,3 14,11315,6 23,91415,1 33,81514,2 43,71613,4 53,71712,6 64,61810,3 76,5198,0 88,7206,5 910,0215,2 1012,3224,2 1114,2233,9 Arithmetisches Mittel: t0t0t0t0 t 23 =  / 24 = 8,5125°C Median / Min-Max: = 9,65°C Min = 3,7°C; Max = 15,6°C Mannheimer Stunden: = 6,5°C + 15,1°C + (2 5,2°C) t 7 = 6,5°C; t 14 = 15,1°C; t 21 = 5,2°C = 8,0°C T Amp. : 11,9K

8 Temperatur Tagesgang der Temperatur: Der Tagesgang der Temperatur wird beeinflusst durch: 1. 1. 2. 2. 3. 3. Einstrahlung am Tag; Sonnengang; Ausstrahlung in der Nacht und am Tag. Das Tagestemperaturmaximum ist wann zu erwarten? …zur Zeit der stärksten Erwärmung = leicht verzögert zum Zeitpunkt der höchsten Einstrahlung = leicht verzögert zum Zeitpunkt der höchsten Einstrahlung Das Tagestemperaturminimum ist wann zu erwarten? …zur Zeit der stärksten Abkühlung = unmittelbar vor dem Sonnenaufgang = unmittelbar vor dem Sonnenaufgang

9 Temperatur Tagesgang der Temperatur: Was bedeutet das für die Tagesamplitude der Temperatur im globalen Maßstab? …im Hinblick auf die geogr. Breite… …im Hinblick auf die geogr. Breite… …im Bereich der Ozeane… …im Bereich der Ozeane… …in Gipfelregionen… …in Gipfelregionen… …auf Hochflächen und Plateaus… …auf Hochflächen und Plateaus… Tropen: hohe Ein- & geringe Ausstrahlung Mittlere Breiten: hohe Ein- & Ausstrahlung Polregionen: geringe Ein- & Ausstrahlung Wasserfläche puffert den Wärmestrom (tags: Wasser erwärmt sich langsamer) (nachts: Wasser gibt Wärme kontinuierlich ab) Abnahme der Temperatur mit der Höhe (= geringeres Energiepotential); dadurch bedingte geringere Ausstrahlung [T Diff. von geringer Einstr. zu nächtl. T Umland klein) tags: starkes Aufheizen der Flächen nachts: starke Ausstrahlung [T Diff. von hoher Einstr. zu nächtl. T Umland groß) Zugspitze: 2K Äquator: 1-5K Randtropen: 10-15K (Wüsten bis 50K) Polargebiete: 1K

10 treten im hochkontinentalen Eurasien/Nordamerika auf Temperatur Jahresgang der Temperatur: Was bedeutet das für den Jahresamplitude der Temperatur im globalen Maßstab? …im Hinblick auf die geogr. Breite… …im Hinblick auf die geogr. Breite… Tropen: nur schwach ausgeprägte Jahreszeiten (Sommer) mittlere Breiten:jahreszeitlicher Wechsel (4 Jahreszeiten) Polargebiete: halbjährlicher Wechsel von Sommer und Winter; Sommer und Winter; insgesamt aber sehr kalt (Winter) In den Mittelbreiten ist die jährliche Temperaturschwankung größer als in den Tropen, aber die tägliche Temperaturschwankung geringer In den Polargebieten ist die Jahresamplitude aufgrund der im Winter teilweise fehlenden Sonnenstrahlung deutlich größer als die Tagesamplitude Die größten Jahresamplituden… treten an den Polen auf!

11 Temperatur Jahresgang der Temperatur (Temperaturverteilung): 1.Äquatorialer Typ 2.Tropischer Typ: 3.Monsun-Typ: (Indischer-/Ganges-Typ) 4.Subtropen-Typ: 5.Typ der Mittelbreiten: 6.Subpolarer Typ: 7.Polarer Typ: Mit Hilfe des Jahresgangs der Temperatur lässt sich der Wärmegang auf der Erde unterscheiden:

12 Temperatur Monate auf x-Achse aufgetragen (1cm/Monat); Monate auf x-Achse aufgetragen (1cm/Monat); Monatsmitteltemperaturen: auf Primärordinate linear (pro 10°C 1cm) [°C] als Kurve Monatsmitteltemperaturen: auf Primärordinate linear (pro 10°C 1cm) [°C] als Kurve Monatsniederschlagssumme: auf Sekundärordinate [mm] in Kurve oder Balken Monatsniederschlagssumme: auf Sekundärordinate [mm] in Kurve oder Balken Verhältnis von Temperatur zu Niederschlag 2T = N Niederschlagseinteilung nicht linear (alle 20 mm, ab 100 mm alle 100 mm) Niederschlagseinteilung nicht linear (alle 20 mm, ab 100 mm alle 100 mm) Links über Diagramm: Stationsname mit geographischer Breite und Länge Links über Diagramm: Stationsname mit geographischer Breite und Länge sowie der Höhe üNN Rechts über Diagramm: Durchschnittstemperatur und Jahresniederschlagssumme Rechts über Diagramm: Durchschnittstemperatur und Jahresniederschlagssumme Temperaturkurve über Niederschlagskurve bedeutet humider Monat Temperaturkurve über Niederschlagskurve bedeutet humider Monat Niederschlagskurve über Temperaturkurve bedeutet arider Monat (Verdunstung) Niederschlagskurve über Temperaturkurve bedeutet arider Monat (Verdunstung) Klimadiagramm nach Walter/Lieth:

13 Temperatur Jan. Feb. Mrz. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. 3020100-10-20°C500400300200100806040200mm >Station Station< X°N, Y°E, ZmNN  °C  mm

14 Temperatur Monate auf Abszisse aufgetragen (1 cm/Monat); Monate auf Abszisse aufgetragen (1 cm/Monat); Tagesstunden auf Ordinate aufgetragen; Tagesstunden auf Ordinate aufgetragen; Sonnenaufgang und -untergang eintragen; Sonnenaufgang und -untergang eintragen; Markieren der wärmsten und kältesten Temperatur (Amplitude angeben); Markieren der wärmsten und kältesten Temperatur (Amplitude angeben); Station mit geographischer Länge und Breite sowie die Höhe üNN eintragen. Station mit geographischer Länge und Breite sowie die Höhe üNN eintragen. Thermoisoplethendiagramm: = Linien gleicher Zahlenwerte (hier: Temperatur), die von zwei weiteren Parametern abhängen (hier: Uhrzeit und Monat) Parametern abhängen (hier: Uhrzeit und Monat)

15 Temperatur Thermoisoplethendiagramm:

16 Temperatur

17 Temperatur Maritimität und Kontinentalität: Es besteht neben der Abhängigkeit zur geographischen Breite auch eine Temperaturabhängigkeit bezüglich der Distanz zum Meer Wassermassen nehmen die aus der Einstrahlung resultierende Wärmeenergie nur langsam und relativ stark zeitlich versetzt auf, wohingegen Landmassen sich deutlich schneller aufheitzen. Wassermassen geben die gespeicherte Energie jedoch auch deutlich Verzögert ab und wirken als Wärmepuffer, wohingegen Landmassen sich auch wieder relativ schnell abkühlen. Verstärkt wird dieser Effekt zudem durch die Luftfeuchte (latenter Wärmestrom)!