Meteorologie und Klimaphysik

Präsentation zum Thema: "Meteorologie und Klimaphysik"—  Präsentation transkript:

1 Meteorologie und Klimaphysik
(19) Niederschlag

2 Niederschlag Hier unterscheidet man:
Meteo 293 Niederschlag Hier unterscheidet man: Fallender Niederschlag – wird in der Atmosphäre gebildet und fällt infolge der Schwerkraft auf den Erdboden (Regen, Schnee, Graupel, …). Abgesetzter Niederschlag – entsteht durch direkte Kondensation oder Sublimation (Tau, Reif, …).

3 Meteo 294 Schnee Die Struktur der Schneekristalle hängt empfindlich von Temperatur und Luftfeuchtig-keit ab. Quelle: Kenneth B. Libbrecht Sobald mehrere Schneekristalle zusammenkleben, bilden sich Schneeflocken, sie werden im Schnitt 4 mg schwer und fallen mit 4 km/h.

4 Meteo 295 Eiskristalle Eis kommt in mindestens 18 verschiedenen Kristallformen (Phasen) vor. Bei typischen Atmosphären-Bedingungen herrscht Eis Ih vor (h für hexagonal) (Skizze U.Buck, MPI, Bild UF). Eis Ic (kubisch, O-Atome in Diamant-Struktur) kommt (selten) in der hohen Atmosphäre vor (tiefe Temp.). Aus Eis XVI (Dodekaeder) be-stehen (unter hohem Druck) Methanhydrate (UniGöttingen)

5 Meteo 296 Schnee Für die sechszählige Symmetrie der Schneekristalle ist also die Struktur des Wassermoleküls verantwortlich. 5 Arme haben Seesterne oder Schneekristalle in der „Kleinen Zeitung“. Alle Bilder: Kenneth B. Libbrecht

6 Meteo 297 Schnee Positive Rückkoppelung bei diffusionsbegrenztem Wachstum: Wenn die Spitze eines hexagonalen Plättchens weiter in die Luft hinausragt, dann sammeln sich die H2O Moleküle an diesem Punkt, weil er schneller zu erreichen ist.

7 Meteo 298 Schnee Zwischen –3°C und –10°C bilden die Kristalle dünne Nadeln und lange Säulen, aber auch „Hanteln“. Quelle: K.B. Libbrecht.

8 Vb Wetterlage „Mittelmeertief“
Meteo 299 Vb Wetterlage „Mittelmeertief“ Die Atmosphäre ist für einen Großteil der Sonnenstrahlung durchsichtig. Die Troposphäre wird nicht durch die Sonnenstrahlung erwärmt, sondern durch Wärmestrahlung vom Erdboden. Die Temperatur nimmt deshalb mit der Höhe ab, da die Atmosphäre von unten Bilder: NASA, UF Bei starker Strömung über die Alpen entsteht oft (unerwartet schnell) ein Genuatief. Gerade in Südösterreich ist dann mit heftigen Niederschlägen zu rechnen. Wie hier: 50 cm Schnee in 3½ Stunden, in Villach, März 2006.

9 Meteo 300 Rekord-Schneefall Genau diese Wetterlage ist für alle Rekord-Schneefälle in Österreich verantwortlich. Tages-Neuschneemenge: Graz: 32 cm am 9. Februar 1986 (beim gesamten Niederschlagsereignis allerdings 72 cm) Sillian (Osttirol): 170 cm am 31. Jänner 1986 Silverlake (Colorado): 193 cm am 14. April 1921 Zum Vergleich: Dellach/Gail: 102 cm, 10. – (Bilder: UF) Die Atmosphäre ist für einen Großteil der Sonnenstrahlung durchsichtig. Die Troposphäre wird nicht durch die Sonnenstrahlung erwärmt, sondern durch Wärmestrahlung vom Erdboden. Die Temperatur nimmt deshalb mit der Höhe ab, da die Atmosphäre von unten

10 Meteo 301 Regen Wikipedia meint(e): „Regen entsteht in Eiskristallen in der oberen Troposphäre, die als Kondensationskeime für die Ansammlung von weiteren Wassermengen dienen. Wenn sie dann aufgrund der Schwerkraft zur Erdoberfläche fallen, schmelzen sie aufgrund der Luftreibung und erhalten eine Tropfenform“. (Stand: ) Stimmt das? Die „Verwandlung“ von kleinen Wolkentropfen mit, im Mittel, μm Durchmesser zu Regentropfen ist aber im Detail tatsächlich kompliziert (Bild: Les Cowley). Beim Nieselregen haben die Tropfen einen Durchmesser von 50 – 250 μm.

11 Meteo 302 Regen Die Fallgeschwindigkeit von Tropfen nimmt sehr schnell einen konstanten Wert an, da sich ein Gleichgewicht zw. (Schwerkraft – Auftrieb) und Reibung einstellt. Für kleine Tropfen gilt in guter Näherung das Stokessche Gesetz – Die Fallgeschwindigkeit nimmt mit zunehmendem Radius zu. Tropfen bis ~1 mm Durchmesser behalten ihre sphärische Form, dann beginnen sie allerdings, sich immer stärker zu verformen. Dadurch nimmt der Luftwiderstand zu, und die Fallge-schwindigkeit bleibt nahezu konstant. Bilder: W&K, Inset: MPI Mainz.

12 Meteo 303 Regentropfen Ein besonders hart-näckiges Gerücht ist die „Tropfenform“ von Regentropfen. Die etwas andere Tropfenform (Bild: Emmanuel Villermaux).

13 Niederschlagsmessung
Meteo 304 Niederschlagsmessung Für die Niederschlagmessung braucht man in erster Linie normierte Mess-gefäße – in Korea gab es solche schon ab 1441 (mit Dank an Sungmin O). Für automatisierte Messungen kommen Niederschlagswippen mit einer Auflösung von 0.1 mm (Bild: W&K), oder (genauere) Niederschlags-waagen zum Einsatz.

14 Meteo 305 Niederschlag Niederschlagsmengen werden in [mm] angegeben (entspricht l/m2)

15 Niederschlag im Jänner
Meteo 306 Niederschlag im Jänner Quelle: Klett Innertropische Konvergenzzone, ITCZ Die "Intertropical Convergence Zone" ist eine Zone um den Äquator, wo sehr starke Konvektion stattfindet. Grund für diese Konvektion ist die starke Erwärmung durch die Sonne. Die ITCZ würde man etwa dort erwarten, wo die Sonne am Mittag senkrecht über dem Erdboden steht. Tatsächlich liegt die ITCZ erst etwa einen Monat später da. Zudem wird die Lage der ITCZ durch die Kontinente modifiziert: Über Kontinenten kann die Luft stärker erwärmt werden, als über Ozeanen. Im Jänner findet man die ITCZ über den Kontinenten, wie man erwarten würde, in der Nähe des Wendekreises, während sie über den Ozeanen nahe am Äquator bleibt. Die ITCZ wird begrenzt durch die Passatwind-Zonen der beiden Hemispären. In der ITCZ fallen täglich ergiebige Niederschläge. Die starke Konvektion drückt die Tropopause nach oben. Vorherrschende Winde und mittlerer Jännerniederschlag [mm], Normalperiode

16 Niederschlag im Juli Quelle: Klett
Meteo 307 Niederschlag im Juli Quelle: Klett Normalperiode: Von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) festgelegter 30jähriger Beobachtungszeitraum, für den weltweit Klimadaten (Mittelwerte, Häufigkeiten usw.) der Klimaelemente berechnet werden. Vorherrschende Winde und mittlerer Juliniederschlag [mm], Normalperiode

17 Rekord–Niederschlag Zeitintervall Menge Ort Jahr
Meteo 308 Rekord–Niederschlag Zeitintervall Menge Ort Jahr 1 Minute mm Barot, Guadeloupe 1970 1 Stunde mm Shangdi, China 12 Stunden mm Foc-Foc, La Réunion 1966 1 Tag mm Foc-Foc, La Réunion 1966 1 Woche mm Commerson, La Réunion 1980 1 Monat mm Cherrapunji, Indien 7/1861 6 Monate mm Cherrapunji, Indien 4-9/1861 1 Kalenderjahr mm Cherrapunji, Indien 1861 12 Monate mm Cherrapunji, Indien /1860-7/1861 173 Monate 0 mm Arica, Chile /1903-1/1918 (Quelle: WMO, 1994 bzw. 2014)

18 Rekord–Niederschlag Zum Vergleich: Tagesniederschlag (7h – 7h)
Meteo 309 Rekord–Niederschlag Zum Vergleich: Tagesniederschlag (7h – 7h) Graz: 105 mm am 7. Juli Allerdings: bei einem schweren Gewitter regen am im Stiftingtal bis zu 670 mm (rekonstruiert). Österreich: 336 mm in Dornbirn, am In Schaueregg/Wechsel: mm am 10. August 1915 (rekonstruiert). Jahresniederschlag Graz: mm im Jahr 1937 (Nr. 2.: mm im Jahr 2009) Österreich: mm beim Nassfeldhaus (Kärnten) im Jahr 1951 Mittlerer Jahresniederschlag Graz: 894 mm ( ), 819 mm ( ) Mt. Waialeale auf der Insel Kauai (Hawaii): mm (32 Jahre) Oase Dakhla (Ägypten): 0.7 mm Arica (Chile): 0.8 mm (59 Jahre, davon 14 aufeinanderfolgende Jahre ohne Niederschlag).

19 Graz, 20. – 21. 8. 2005 Maut Andritz (Quelle: B. Enderle)
Meteo 310 Graz, 20. – Maut Andritz (Quelle: B. Enderle) Murinsel (Quelle: AP) Tagesniederschlag h Niederschlag : 71.3 mm Stationsrekord : 58.9 mm aber h – h: 127 mm In den letzten Jahren gab es ein Häufung von Vb – Wetterlagen (Hoch-wasser 1997, 2002, 2005). Diese Häufung könnte aber noch Zufall sein.