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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 Von der Schäfchenwolke … ©

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

3 Physik am Samstag, 18. Juni 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 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 ©

6 Physik am Samstag, 18. Juni 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 ©

10 Physik am Samstag, 18. Juni 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

12 Physik am Samstag, 18. Juni 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 Wie entstehen Wolken ?

14 Physik am Samstag, 18. Juni 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 Wie entstehen Wolken ?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

32 Physik am Samstag, 18. Juni

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

34 Physik am Samstag, 18. Juni Nakaya, 1954

35 Physik am Samstag, 18. Juni

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

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

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

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

41 Physik am Samstag, 18. Juni 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

43 Physik am Samstag, 18. Juni

44 Physik am Samstag, 18. Juni C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe 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 Wie lernt man etwas über Wolken ? (3) Durch mathematisch-physikalische Modelle

46 Physik am Samstag, 18. Juni Seifert, 2002

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

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

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

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

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

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

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

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


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