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Physik am Samstag, 18. Juni 20051 Von der Schäfchenwolke … © www.weltderwolken.de.

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Präsentation zum Thema: "Physik am Samstag, 18. Juni 20051 Von der Schäfchenwolke … © www.weltderwolken.de."—  Präsentation transkript:

1 Physik am Samstag, 18. Juni 20051 Von der Schäfchenwolke … © www.weltderwolken.de

2 Physik am Samstag, 18. Juni 20052 … zum Gewitter © www.weltderwolken.de Klaus D. Beheng, Institut für Meteorologie und Klimaforschung

3 Physik am Samstag, 18. Juni 20053 Was erwartet Sie ? Wolken in der Atmosphäre Wolken in der Atmosphäre Entstehung von Wolken Entstehung von Wolken Wolkenformen Wolkenformen Wolkenpartikel: Entstehung und Wachstum Wolkenpartikel: Entstehung und Wachstum Wie lernt man etwas über Wolken ? Wie lernt man etwas über Wolken ? Kann man Gewitter vorhersagen ? Kann man Gewitter vorhersagen ?

4 Physik am Samstag, 18. Juni 20054 Welche Rolle spielen Wolken in der Atmosphäre? sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum

5 Physik am Samstag, 18. Juni 20055 © www.weltderwolken.de

6 Physik am Samstag, 18. Juni 20056 Welche Rolle spielen Wolken in der Atmosphäre? sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum sie fangen Wärmestrahlung von der Erde ein sie fangen Wärmestrahlung von der Erde ein

7 Physik am Samstag, 18. Juni 20057

8 8 Welche Rolle spielen Wolken in der Atmosphäre? sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum sie fangen Wärmestrahlung von der Erde ein sie fangen Wärmestrahlung von der Erde ein sie sorgen für Niederschlag und damit für Wasser auf der Erde sie sorgen für Niederschlag und damit für Wasser auf der Erde

9 Physik am Samstag, 18. Juni 20059 © www.weltderwolken.de

10 Physik am Samstag, 18. Juni 200510 Wie entstehen Wolken ? Feuchte Luft muss sich abkühlen, bis Sättigung eintritt. Abkühlung findet statt - durch Kontakt mit einem kalten Erdboden: Es entsteht Nebel ;

11 Physik am Samstag, 18. Juni 200511

12 Physik am Samstag, 18. Juni 200512 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)

13 Physik am Samstag, 18. Juni 200513 Wie entstehen Wolken ?

14 Physik am Samstag, 18. Juni 200514 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)

15 Physik am Samstag, 18. Juni 200515 Wie entstehen Wolken ?

16 Physik am Samstag, 18. Juni 200516 Südbrasilien vom Space Shuttle aus Wolkenobergrenze : 15 km

17 Physik am Samstag, 18. Juni 200517 Wolkenformen Klassifizierung nach Howard Luke (1772-1864) : - Schichtwolken (stratus) - Haufenwolken (cumulus) - Federwolken (cirrus)

18 Physik am Samstag, 18. Juni 200518 Howard Luke, 1810 Goethe, 1817

19 Physik am Samstag, 18. Juni 200519 Beispiele von Wolkenformen (1) Cirren © www.weltderwolken.de

20 Physik am Samstag, 18. Juni 200520 Beispiele von Wolkenformen (2) Cumulus © www.weltderwolken.de

21 Physik am Samstag, 18. Juni 200521 Beispiele von Wolkenformen (3) Stratus © www.weltderwolken.de

22 Physik am Samstag, 18. Juni 200522 Wolkenpartikel: Entstehung Wolken entstehen durch Abkühlung feuchter Luft: Wolken entstehen durch Abkühlung feuchter Luft: Wasserdampf geht in Wasser oder Eis über (Kondensation, Deposition) Aber: Aber: Wasserdampf alleine reicht nicht aus. Der Wasserdampf muss sich an einem Keim (Aerosolpartikel) anlagern.

23 Physik am Samstag, 18. Juni 200523 Ammoniumsulfat + Russ 1 m 100 m Haar Ätna, 14.12.2002, space shuttle

24 Physik am Samstag, 18. Juni 200524 Wolkentröpfchen (5 – 50 m) Regentropfen 3 mm = 3000 m Haar 100 m kleinste Wolkentröpfchen 20 mal kleiner als ein Haar Regentropfen 600 mal grösser als kleinste Wolkentröpfchen Regentropfen 30 mal grösser als ein Haar

25 Physik am Samstag, 18. Juni 200525 Wieviel Wasser ist in einer Wolke ? Wolkenvolumen: Breite x Länge x Höhe = 10 km x 10 km x 10 km = 1000 km 3 Mittlerer Wassergehalt: 1 g/m 3 = 1000 t/km 3 also 1 Mio t Wasser in Wolke, d.h. alle Bewohner von Karlsruhe können ihre Badewannen 20 mal füllen mittlere Anzahl: 100 Tröpfchen/ cm 3 mittlerer Wassergehalt: 1 g/m 3 (eine Murmel aus Wasser)

26 Physik am Samstag, 18. Juni 200526 Wolkenpartikel: Wachstum Durch Kondensation: Wasserdampf strömt auf ein kleines Tröpfchen auf, wodurch es sich vergrössert Wasserdampf

27 Physik am Samstag, 18. Juni 200527 Wolkenpartikel: Wachstum Durch Stossen: Kleine Tropfen stossen mit kleinen oder grossen, wodurch sie noch grösser werden … oder auch nicht

28 Physik am Samstag, 18. Juni 200528 Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt, Univ. Stuttgart

29 Physik am Samstag, 18. Juni 200529 Diplomarbeit Kai Jellinghaus, in Kooperation mit Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt, Univ. Stuttgart

30 Physik am Samstag, 18. Juni 200530 Wilson Bentley (1865-1931) Snowflake Bentley 1. Eiskristallphoto: 1885

31 Physik am Samstag, 18. Juni 200531 Libbrecht & Rasmussen, 2003

32 Physik am Samstag, 18. Juni 200532

33 Physik am Samstag, 18. Juni 200533 Wolkenpartikel: Wachstum Eiskristalle wachsen durch Deposition: Unterkühlter Wasserdampf strömt auf den Kristall auf

34 Physik am Samstag, 18. Juni 200534 Nakaya, 1954

35 Physik am Samstag, 18. Juni 200535

36 Physik am Samstag, 18. Juni 200536 Wolkenpartikel: Wachstum Eiskristalle wachsen auch durch Anfrieren von unterkühlten Wolkentropfen: Es entstehen Graupelpartikel … und dann Hagel

37 Physik am Samstag, 18. Juni 200537 … und jetzt der Weltrekord

38 Physik am Samstag, 18. Juni 200538 Hagel, 600 g (ca. 60% der Gesamtmasse) Durchmesser: 18 cm, Fallgeschwindigkeit: 160 km/h 22. Juni 2003, Aurora, Nebraska, USA Weltrekord

39 Physik am Samstag, 18. Juni 200539 Hagel, 750 g Durchmesser: 15 cm, Fallgeschwindigkeit: 180 km/h 3. September 1970, Coffeyville, Kansas, USA alter Weltrekord

40 Physik am Samstag, 18. Juni 200540 Hagel, 750 g Durchmesser: 15 cm, Fallgeschwindigkeit: 180 km/h 3. September 1970, Coffeyville, Kansas, USA alter Weltrekord

41 Physik am Samstag, 18. Juni 200541 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

42 Physik am Samstag, 18. Juni 200542

43 Physik am Samstag, 18. Juni 200543

44 Physik am Samstag, 18. Juni 200544 C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe www.radar-info.de Radarmessungen Indirekte Methode : Man misst nur ein Echo von Streuern (Tropfen, Eispartikeln). Dafür aber sicher, schnell und flächendeckend. Wie lernt man etwas über Wolken ? (2)

45 Physik am Samstag, 18. Juni 200545 Wie lernt man etwas über Wolken ? (3) Durch mathematisch-physikalische Modelle

46 Physik am Samstag, 18. Juni 200546 Seifert, 2002

47 Physik am Samstag, 18. Juni 200547 Berechnungen von Wolken (1)

48 Physik am Samstag, 18. Juni 200548 Berechnungen von Wolken (2)

49 Physik am Samstag, 18. Juni 200549 Berechnungen von Wolken (3)

50 Physik am Samstag, 18. Juni 200550 Berechnungen von Wolken (4)

51 Physik am Samstag, 18. Juni 200551 Radarmessungen (1) C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe

52 Physik am Samstag, 18. Juni 200552 Radarmessungen (2) C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe Jan Handwerker, 2003

53 Physik am Samstag, 18. Juni 200553 Radarmessungen (3) Winfried Straub, 2004

54 Physik am Samstag, 18. Juni 200554 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.

55 Physik am Samstag, 18. Juni 200555 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


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