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1 Gliederung der Vorlesung Atmosphäre und Energiehaushalt Globale Zirkulation der Atmosphäre Atmosphärische Feuchtigkeit und Niederschlag Klimazonen und.

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Präsentation zum Thema: "1 Gliederung der Vorlesung Atmosphäre und Energiehaushalt Globale Zirkulation der Atmosphäre Atmosphärische Feuchtigkeit und Niederschlag Klimazonen und."—  Präsentation transkript:

1 1 Gliederung der Vorlesung Atmosphäre und Energiehaushalt Globale Zirkulation der Atmosphäre Atmosphärische Feuchtigkeit und Niederschlag Klimazonen und regionale Klimasysteme Klimaänderungen und Klimamodelle Modul GEO 131, Physische Geographie A, WS 10/11 Atmosphäre Priv.-Doz. Dr. Martin Gude

2 2 Klima und Wettervorhersage Aktuelle Wetterkarte Aktuelles Satellitenbild

3 3 Klima und Wettervorhersage Aktuelle Wetterkarte Aktuelles Satellitenbild

4 4 Wasser in der Atmosphäre Definitionen Einheit Abk. Bezeichnung % U = (e/E)100 = (a/A)100 = (s/S)100 relative Feuchte g/kg (trockene Luft) m, M=max. Mischungsverhältnis g/kg (feuchte Luft) s, S=max. spezifische Feuchte g/m 3 a, A=max. absolute Feuchte (variabel) mKondensationspunkt/-niveau °C TdTd Taupunktstemperatur hPa E-e Sättigungsdefizit hPa E Sättigungsdampfdruck hPa e Dampfdruck (Partialdruck)

5 5 Luftmassenbewegung Kondensation und Wolken Wolkenentstehung durch: Hebung an orographischen Hindernissen (z. B. Alpen) Konvektion (Einstrahlung und Erwärmung in Bodennähe) Advektion (bei Frontensystemen)

6 6 trockenadiabatisch Latente und fühlbare Energie Adiabatische Gradienten Erdoberfläche A t m o s p h ä r e feuchtadiabatisch 0,5 - 0,8 K100 m -1  0,65 K100 m -1 ca. 1,0 K100 m -1

7 7 Aus:van Eimern et al. 1984 Luftmassenbewegung Kondensation und Wolken

8 8 Globale Zirkulation Zyklonen und Bewölkung in der Westwindzone

9 9 Wasserdampf Sättigungskurve übersättigt A = 17.3 g/m 3 a = 9.3 g/m 3 Taupunktstemperatur A = 17.3 g/m 3 Sättigungsdefizit 8 g/m 3

10 10 aus: Baumgartner und Liebscher 1996 Dampfdruck Verdunstung von Wasser

11 11 Hebungsprozesse Kondensationsniveau 0 500 1000 1500 2000 2500 -20-15-10-50 5 1015202530 1 °C/100 m Temperatur (°C) Höhe (m NN) Kondensationsniveau 0,65-1 °C/100 m

12 12 0 500 1000 1500 2000 2500 -20-15-10-50 5 1015202530 1 °C/100 m Temperatur (°C) Höhe (m NN) Kondensationsniveau 1 °C/100 m Hebungsprozesse Kondensationsniveau

13 13 Niederschlag Entstehung und Typen Niederschlag fällt, wenn Tropfen oder Eiskörner bzw. -kristalle nicht in Schwebe gehalten werden können. Theorien zur Niederschlagsentstehung Anlagerung an Kodensationskerne: Staub, Salze, etc. < 0,1 µm - 10 µm Radius Bergeron-Findeisen: über Zwischenstadium Eis, das beim Fallen schmilzt Kollisionstheorie: Koagulation durch Kollision, dabei aber auch Zerstäubung möglich Absorbtionstheorie: beim Fallen und Hochwirbeln Absorption kleinerer Tropfen

14 14 Schnee, Graupel, Hagel Schnee: Kristallbildung durch Sublimation von Wassermolekülen Graupel, Hagel: Gefrieren von Wassertropfen zu Eiskörnern, Vergrößern durch Sublimation (Hagel weniger unterkühlt als Graupel) Tau, Reif, Rauhreif Tau: abgesetzte Tropfen (Taupunkt > 0 °C) Reif: abgesetztes Eis, auch durch Sublimation (Taupunkt < 0 °C) Rauhreif: Gefrieren unterkühlter Nebeltröpfchen an Gegenständen gegen die Windrichtung Niederschlag Entstehung und Typen

15 15 (Quelle: http://www.physik-der atmosphaere.de/met/ndrbldg.htm) unteres  mittleres  oberes W o l k e n s t o c k w e r k e Wolken Klassifizierung

16 16 Wolken Wolkentypisierung Stratus Altostratus aus: www.wolkenatlas.de

17 17 unteres  mittleres  oberes W o l k e n s t o c k w e r k e Nimbostratus

18 18 unteres  mittleres  oberes W o l k e n s t o c k w e r k e StratocumulusCumulus congestus und mediocris

19 19 Cumulonimbus

20 20 unteres  mittleres  oberes W o l k e n s t o c k w e r k e Cirrostratus mit Haloerscheinung Cirrocumulus Cirrus

21 21 Niederschlag Dauer und Intensitäten Landregen: < 6 h Dauerregen: > 6 h und > 0,5 mm/h starker Dauerregen: > 6 h und > 1 mm/h Starkregen: 5 mm in 5 min, 10 mm in 20 min, oder 16 mm in 60 min Niederschlagsmaxima Global: Deutschland:ca. 350 mm/24 h Jena:110 mm/24 h Nieder- schlags- maxima

22 22 Niederschlagmessung Radar Reflektion von Niederschlagstropfen je mehr Niederschlags- tropfen im Radarstrahl und je größer deren Durchmesser, desto größer die Reflektion der Radarwellen

23 23 Niederschlag Jahresmittel global

24 24 Niederschlag Breitenkreis- mittel aus: Lauer 1993

25 25 Globale Wasserbilanz Räumliches Muster Bilanz: Niederschlag-Verdunstung

26 26 Verdunstung Niederschlag 111 Niederschlag 385 425 Verdunstung 71 Evaporation Transpiration Wasserdampftransport 40 Grundwasserfluss Rückfluss 40 Versickerung Oberflächl. Abfluss Wasserhaushaltsgleichung 0 = N + V Evaporation + V Transpiration + ΔA ober-/unterirdisch + ΔS Boden + ΔS Vegetation

27 27 Verdunstung Wasserhaushaltsgleichung 0 = N + V Evaporation + V Transpiration + ΔA ober-/unterirdisch + ΔS Boden + ΔS Vegetation abhängig von Temperatur, rel. Feuchte, Wind, Wasserangebot über Ozeanen am höchsten (global höher als Niederschlag, d. h. Ozeane arid) Zusammensetzung der Verdunstung auf Kontinenten: Evaporation (abiot. v. Oberfl.) + Transpiration (Veg.) = Evapotranspiration Unterscheidung in  aktuelle Verdunstung (je nach Wasserangebot)  potentielle Verdunstung (bei ausreichendem Wasserangebot)

28 28 Verdunstung Berechnung/Messung der Verdunstung problematisch Thornthwaite: E (mm) = 16d(10 t 1 /I) a d = Tageslänge, t 1 = mittlere Lufttemp. der berechneten Periode, I = Wärmeindex, a = empirisch ermittelter Wert Haude: E (mm) = f x (E – e) 14 (Sättigungsdefizit um 14.00 Uhr x f (empirisch ermittelter Faktor)) Messung mit PAN-A-Evaporimeter (Durchmesser 1250 mm, Tiefe 250 mm, Wassertiefe 150-200 mm) oder Lysimeter (Oaseneffekt!)


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