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1 Was bedeutet Klima? Charakterisierung atmosphärischer Zustände Bezug auf einen Ort oder eine Region Generalisierung der Wetterzustände Kennzeichnung.

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Präsentation zum Thema: "1 Was bedeutet Klima? Charakterisierung atmosphärischer Zustände Bezug auf einen Ort oder eine Region Generalisierung der Wetterzustände Kennzeichnung."—  Präsentation transkript:

1 1 Was bedeutet Klima? Charakterisierung atmosphärischer Zustände Bezug auf einen Ort oder eine Region Generalisierung der Wetterzustände Kennzeichnung durch mittlere und extreme Werte Klimaanlage Arbeitsklima Akklimatisation Bioklima Modul GEO 131, Physische Geographie A, WS 10/11 Atmosphäre Priv.-Doz. Dr. Martin Gude

2 2 Vor- und Nachbereitung (Strahler & Strahler 2005) Kapitel 320 S. Kapitel 524 S. Kapitel 820 S. Struktur des Modulteils Klimageographie Übungsaufgaben Gliederung der Vorlesung Atmosphäre und Energiehaushalt Globale Zirkulation der Atmosphäre Atmosphärische Feuchtigkeit und Niederschlag Klimazonen und regionale Klimasysteme Klimaänderungen und Klimamodelle

3 3 Klima im täglichen Leben

4 4 Klima im täglichen Leben Wetterextreme aus: BBC 2004

5 5 Klima und Wettervorhersage Satellitenaufnahme Aktuelles Satellitenbild

6 6 Klima und Wettervorhersage Wetterkarte Aktuelles Satellitenbild

7 7 Das terrestrische Klima ist die für einen Standort, eine definierbare Region oder ggf. auch globale statistische Beschreibung der relevanten Klimaelemente, die für eine nicht zu kleine zeitliche Größenordnung die Gegebenheiten und Variationen der Erdatmosphäre hinreichend ausführlich charakterisiert. Ursächlich ist es eine Folge der physiko-chemischen Prozesse und Wechsel- wirkungen im Klimasystem sowie der externen Einflüsse auf dieses System. Schönwiese (1994) Definition Klima aus: Lexikon der Geowissenschaften 2002

8 8 Neoklimatologie (Zeitreihen ab 1659 n. Chr., globale Daten seit ca. 1850/60) direkte Punktmessungen der Klimaelemente großräumige Messung von Klimaelementen mit Fernerkundung Klimamodelle und Prognosen Paläoklimatologie (maximale Reichweite 3,8 Milliarden Jahre) Geoarchive (Gletscher, Sedimente, Moore, Fossilien, etc.) Witterungstagebücher verschiedener Gelehrter: z. B. C. Ptolemäus ( v.Chr.) in Alexandria, W. Merle ( ) in England oder J. Kepler ( ) in Linz Annalen bzw. Chroniken der öffentlichen Verwaltung Inschriften und Markierungen Mythen und Legenden Höhlenmalereien in den heutigen Wüstengebieten Nordafrikas (ca. 5 Jahrtausende zurück reichend) Erntechroniken Meteorologisch-klimatologische Informationsquellen

9 9 Die meteorologischen Elemente Physikalische Größen, mit deren Hilfe der Zustand der Atmosphäre in einem definierten Raum zu einem Zeitpunkt oder in einem Zeitabschnitt charakterisiert werden kann: Lufttemperatur: kinetische Energie der Moleküle, fühlbare Wärme Luftfeuchtigkeit:Wassergehalt der Luft, als Masse oder relative Sättigung Niederschlag:Menge des den Boden erreichenden Wassers in einer Zeiteinheit Bewölkung:atmosphärische Wasseransammlungen in Tropfen- oder Eisform Wind:Geschwindigkeit und Richtung der Luftbewegung Strahlung: Energiefluss durch elektromagnetische Wellen Luftdruck: statischer Druck der Atmosphäre auf eine Bezugsfläche

10 10 Zeitliche Dimensionen in Klimatologie und Meteorologie aus: Schönwiese 1995 Wetter das dynamische Geschehen in der Atmosphäre bezogen auf Tage bzw. 1-2 Wochen Witterung Phase aus der Aufeinanderfolge bestimmter Wettererscheinungen (mittlerer Charakter des Wetterablaufs), z. B. Goldener Oktober Klima gesamter jährlich mehr oder weniger gleichbleibender Verlauf der Witterung an einem Ort, in einem Land etc.; zu Vergleichszwecken durch Mittelwerte und charakteristische Extreme beschrieben

11 11 Klimatische Extremwerte aus: Lexikon der Geowissenschaften 2002

12 12 Ausgewählte Literatur BLÜTHGEN, J. & W. WEISCHET (1980): Allgemeine Klimageographie. – Lehrbücher der Allgemeinen Geographie. Bd. 2, Berlin, New York FLOHN, H. (1960): Zur Didaktik der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre. – In: Geographische Rundschau 12, S u HÄCKEL, H. (2008): Meteorologie. – Stuttgart. LAUER, W. & BENDIX, J. (2006): Klimatologie. – Das Geographische Seminar, Braunschweig OKE, T. (1999): Boundary layer climates. – London SCHÖNWIESE, C.-D. (2008): Klimatologie. – UTB für Wissenschaft, Stuttgart WEISCHET, W. & Endlicher, W. (2008): Einführung in die Allgemeine Klimatologie. – Physikalische und meteorologische Grundlagen. Stuttgart IPCC (2007): Climate Change 2007: The Physical Science Basis IPCC (2007): Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability

13 13 Klimaelemente (messen/beobachten) Temperatur Niederschlag Luftdruck Feuchte Strahlung Verdunstung Wind Wolken... Klimafaktoren geogr. Breite Meereshöhe Relief Vegetation Kryosphäre Ozeane Land/Wasser- Verhältnis Böden/Gestein Mensch Definition Klima Charakteristierung atmosphärischer Zustände Bezug auf einen Ort oder eine Region Generalisierung der Wetterzustände Kennzeichnung durch mittlere und extreme Werte Klimatologie Zusammenfassung Klimatologie: Grenzwissenschaft zwischen Geographie und Meteorologie

14 14 Astronomische Grundlagen Erdbahn und Erdumdrehung

15 15 Elektromagnetische Wellen

16 16 Strahlungsgesetze WIENsches Verschiebungsgesetz Wellenlänge der intensivsten Abstrahlung λ max =  T -1  : Naturkonstante mit 2898  m K T: absolute Temperatur des Körpers STEFAN-BOLTZMANN-Gesetz I = ε σ T 4 I: Energieflussdichte ε: Emissionsverm. (schw. Körper = 1) σ: Konst. mit W m -2 K -4 T: abs. Temperatur PLANCKsches Gesetz Energieanteile in Abhängigkeit von der Spektralverteilung Strahlungsstrom in Abhängigkeit von der Temperatur

17 17 Strahlung Strahlungsgenuss in den Breitenzonen unter Vernachlässigung der Atmosphäre

18 18 Strahlung Beleuchtungsklimazonen (Solares Klima) unter Vernachlässigung der Atmosphäre

19 19 Strahlung Einfluss der Atmosphäre

20 20 aus: Lexikon der Geowissenschaften 2002 Atmosphäre Vertikalgliederung

21 21 aus: Schönwiese km Atmosphäre Vertikaler Aufbau der Troposphäre

22 22 Strahlung Einfluss der Atmosphäre Obergrenze Atmosphäre Edoberfläche Absorption Reflexion Streuung "Solarkonstante" Was passiert in der Atmosphäre? Transmission Absorption (Extinktion) Streuung

23 23 Strahlung Albedo OberflächeAlbedo (%) Grasfläche Prärie Ackerboden (dunkel) Wald (trop. Regenwald) Nadelwald Sand und Wüste Gestein (Felsen) Sümpfe Siedlung Schnee (frisch) Schnee (alt) Wasser (Sonne hoch) Wasser (Sonne tief) (aus: Lexikon der Geowissenschaften 2001, Schönwiese 1994) OberflächeAlbedo (%) Bewölkung Cumulonimbusca. 90 Nimbostratus Cirrostratus Stratocumulus Stratus ( m dick) Cirrus Erdoberfläche (Mittel) 15 System Erde-Atmosphäre 31

24 24 100% Stickstoff (N 2 ) % Sauerstoff (O 2 ) % Rest 0.970% (Prozentwerte = Volumenprozent) Atmosphäre Zusammensetzung der reinen Luft 0.003% 0.970% Argon (Ar) 0.934% Kohlendioxid (CO 2 ) 0.033% Rest 0.003% Neon (Ne) % Helium (He) % Krypton (Kr) % Xenon (Xe) % Wasserstoff (H 2 ) % Distickstoffoxid (N 2 O) % _____________ % Methan (CH 4 ) %

25 25 Strahlung Absorption durch atmosphärische Bestandteile aus: Häckel 1999

26 26 Einfluss der Atmosphäre Globalstrahlung Strahlungsangebot an der Erdoberfläche (nur kurzwellige Strahlung) G = (I S + I H ) - R I H = diffuse Strahlung (diffuses Himmelslicht) I S = direkte Strahlung I S + I H = Globalstrahlung R = Reflektierte Strahlung (Albedo) Albedo: Verhältnis von reflektierter zu einfallender (Global-)Strahlung (Angabe meist in %)

27 27 Strahlung Strahlungshaushalt aus: Lexikon der Geowissenschaften 2002

28 28 Strahlung Globale Oberflächentemperatur

29 29 mittlere jährliche Strahlungsbilanz des Systems Erde/Atmosphäre in Abhängigkeit von der geographischen Breite. Strahlungsbilanz und geographische Breite

30 30 Energiespeicherung und Energietransporte erfolgen durch: 1.Strahlung (Strahlungsenergie) 2.Wärmeleitung (fühlbare Wärme) 3.Energieträger (latente Energie, Wasser, Luft) Energiehaushalt Globale Energietransporte

31 31 Energiehaushalt Typen der Energietransporte Strahlung latente Wärmefühlbare Wärme Erdoberfläche T r o p o s p h ä r e H 2 O, CO², Aerosole, etc. H 2 O, CO², Aerosole, etc. H2O.H2O.

32 32 Latente Energie Phasenübergänge aus: Baumgartner und Liebscher 1996

33 33 Latente Energie Absolute Wasserdampfmenge der Luft aus: Lexikon der Geowissenschaften 2002

34 34 Latente Energie Globale Wassertransfers aus: Lexikon der Geowissenschaften 2002

35 35 Fühlbare Wärme Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit spezifische Wärmekapazität spez. Wärmekapa- zität bezogen auf Volumen Wärmeleitfähigkeit kJ / (kg · K)J / (cm 3 · K)J / (s · m · K) Fels (Granit) Wasser Luft Holz Sand (trocken) Sand (nass) Moorboden (trocken) Moorboden (nass) Neuschnee Altschnee Eis (aus: Weischet 1977)

36 36 trockenadiabatisch Latente und fühlbare Energie Adiabatische Gradienten Erdoberfläche A t m o s p h ä r e feuchtadiabatisch 0,6 °C100 m -1 1,0 °C100 m -1

37 37 Energiehaushalt Global

38 38 Strahlungsbilanz Gleichung für die Erdoberfläche Gesamtstrahlung Albedo Globalstrahlung (KW) effektive Ausstrahlung (LW) LW Gegenstrahlung LW Ausstrahlung W B = [((I S + I H ) - R) - (A - G)] Latenter Wärmestrom + L Fühlbarer Wärmestrom + F Boden- wärmestrom + B

39 39 Temperatur Messgeräte Flüssigkeitsthermometer (Quecksilber (-39°C), Alkohol...) Min/Max-Thermometer Bimetallthermometer Englische Wetterhütte (2 m über Grund) Thermograph Widerstands- thermometer

40 40 Temperatur Globales Beobachtungssystem

41 41 Temperatur Skalen und Maßeinheiten Fahrenheit [°F] 0 °F = tiefste Temp. in Königsberg 100 °F = Körpertemperatur Réaumur [°R] 0 °R = Gefrierpunkt des Wassers 80 °R = Siedepunkt des Wassers Absolute Temperatur [K = Kelvin] abs. Nullpunkt: Molekülbewegung = 0 Celsius [°C] 0 °C = Gefrierpunkt des Wassers 100 °C = Siedepunkt des Wassers

42 42 Temperatur Jahresschwankung Dublin Bonn Warschau Nowosibirsk Jan Mai Jul SepNov Jan Mai Jul SepNov Libreville Rangun Jan Mai Jul SepNov Tunis Jan Mai Jul SepNov Nord °C

43 43 Mittlere jährliche Temperaturen (schwarze Punkte) mit Trends für verschiedene Perioden Globales Klima Klimaerwärmung (IPCC 2007)

44 44 Strahlung Strahlungshaushalt aus: Lexikon der Geowissenschaften 2002


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