Meteorologie und Klimaphysik

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

1 Meteorologie und Klimaphysik
(6) Temperatur

2 Meteo 50 Temperatur „Die ganze Wärmelehre lässt sich in einem kurzen Satz zusammen-fassen: Wärme ist ungeordnete Molekülbewegung“ (Gerthsen - Physik). aber auch: „Leider ist die Darstellung der Wärmelehre eine mißliche Aufgabe“ (R. W. Pohl - Wärmelehre) Wärme ist ungeordnete Molekülbewegung. Wärmeenergie ist die kinetische Energie dieser Bewegung. Temperatur ist ein lineares Maß für den Mittelwert dieser Energie. Die Temperatur ist die wichtigste (aber nicht die einzig wichtige) meteorologische Kenngröße (Stichwort „Globale Erwärmung“). Einheiten der Temperatur sind Kelvin (per Gesetz), Celsius (erlaubt), Fahrenheit (verboten).

3 Meteo 51 Temperatur Die Celsius-Skala (nach dem schwedischen Astronomen Anders Celsius) orientiert sich an den Eigenschaften von Wasser (bei „Normaldruck“). Celsius setzte ursprünglich 100 Grad (von lat. gradus = Schritt) für den Gefrierpunkt und 0 Grad für den Siedepunkt an, inzwischen macht man es genau umgekehrt. Die Kelvin-Skala (nach dem in Belfast gebürtigen Physiker William Thomson, bekannter als Lord Kelvin of Largs) benützt die gleiche Schrittweite, der Nullpunkt ist aber der absolute Nullpunkt. Ein Temperaturunterschied von 1 K ist also (prinzipiell) gleich einem von 1 °C. Laut DIN sollte man aber auch hier „Kelvin“ verwenden. Ein Temperaturanstieg von 2 – 3 K entspricht „nur“ einer Änderung von etwa 1 % (!).

4 Meteo 52 Temperatur Die Fahrenheit-Skala ist fürchterlich unpraktisch, hält sich in den USA aber hartnäckig. Zur Ehrenrettung von Daniel Gabriel Fahrenheit muss man erwähnen, dass er das erste funktionierende Quecksilber-thermometer entwickelt hat. Um (vermeintlich) negative Werte zu vermeiden, setzte er den Gefrierpunkt des Wassers auf 32 °F, damit hätte es auch im strengen Winter 1708/09 in seiner Heimatstadt keine negativen Werte gegeben. Die „Körpertemperatur eines gesunden Menschen“ wurde ursprünglich mit 96 °F definiert (mittlerweile: Siedepunkt des Wassers bei 212 °F). Bei 0 °F passiert – nichts, bei 100 °F passiert – nichts. Anders lautenden Gerüchten zum trotz ist 100 °F nicht die normale Körpertemperatur eines Menschen (ausprobieren). –40 ° ist in beiden Einheiten gleich (auch ausprobieren).

5 Meteo 53 Celsius vs. Fahrenheit Unerwartete Hilfe beim Umrechnen von Fahrenheit in Celsius bietet die U-Bahn-Linie Nr. 6 in New York, NY, unter der Lexington Avenue. Quellen: wirednewyork.com, mit besonderem Dank an Jakob Schwarz.

6 Meteo 54 Die Lufttemperatur „Temperatur“ meint in der Meteorologie sehr häufig die bodennahe Luft-temperatur, sie wird in einer (weiß gestrichenen) „Englischen Hütte“ 2 m über Grund gemessen. Es ist also nicht wirklich eine „Temperatur im Schatten“ (und eine „Temperatur in der Sonne“ gibt es sowieso nicht – damit das auch einmal gesagt ist). Bildquelle: UF Im Bereich der Ozeane ist aber üblicherweise die Oberflächentemperatur des Wassers, die „Sea Surface Temperature“ (SST) gemeint.

7 Messung der Temperatur
Meteo 55 Messung der Temperatur Bei einem Flüssigkeits-thermometer macht man sich die Temperatur-abhängige Ausdehnung zunutze. „Klassische“ Stationsthermometer sind Quecksilberthermometer Auch die (optisch sehr ähnlichen) Maximum-thermometer verwenden Quecksilber. Bei sinkender Temperatur reißt der Hg-Faden an einer Engstelle ab (wie bei einem Fieber-Thermometer). Bildquelle: W & K

8 Messung der Temperatur
Meteo 56 Messung der Temperatur Beim (waagrecht gelagerten) Minimumthermometer verwendet man üblicherweise Alkohol (Hg gefriert bei –38.8 °C). Bei sinkender Temperatur nimmt die Oberflächenspannung ein in der Kapillare liegendes Glasstäbchen mit. Bei T-Anstieg kann die Thermometerflüssigkeit aber herum strömen. Bei Thermographen werden (bzw. wurden) Bimetallthermometer eingesetzt, bei denen man die unterschiedliche Ausdehnung zweier miteinander verbundener Metallstreifen benutzt. Über Hebel wird die Ver-formung des Metalls ver-stärkt. Bildquelle: W & K

9 Messung der Temperatur
Meteo 57 Messung der Temperatur Die Temperatur-Abhängig-keit des elektrische Wider-standes wird beim Widerstandsthermometer ausgenutzt. Bei Platin-Draht steigt der Widerstand in sehr guter Näherung linear mit der Temperatur. Bildquelle: W & K

10 Messung der Temperatur
Meteo 58 Messung der Temperatur Ein Beitrag zur Glaubwürdigkeit von Messwerten (mit besonderem Dank an D. Baumgartner). Digitale Anzeigen erwecken zwar oft den Eindruck größerer Genauigkeit, das Ergebnis kann aber genauso gut so aussehen: „Wetterwerte“ einer Funk-Wetterstation auf der Gerlitzen, Kärnten,

11 Extreme Temperaturen Tiefe Temperaturen
Meteo 59 Extreme Temperaturen Tiefe Temperaturen Graz –23.7 °C ( und ) Österreich –37.2 °C (Sonnblick, ); –36.6°C (Zwettl, ) Erde –89.2 °C (Vostok – Antarktis, ) –67.8 °C (Oimjakon – Sibirien, bzw. Werchojansk – Sibirien, ) Hohe Temperaturen Graz °C (29.7. und , davor: 37.1 °C am ) Österreich °C (Bad Deutsch-Altenburg, ) Erde °C (Furnace Creek, Death Valley, CA, USA, ) Achtung: Der Wert von °C (Al Aziziyah – Libyen, ) wird von der WMO seit Kurzem nicht mehr anerkannt (

12 Meteo 60 Extreme Temperaturen Im WegenerNet Stationsnetz wurde am an der Station 122 am Gleichenberger Kogel sogar ein Temperatur-Maximum von 40.8 °C gemessen (an der Station 17, Schützing – Kollerberg waren es 40.4 °C). ( – mit Dank an Jürgen Fuchsberger).

13 Mittlere Lufttemperatur
Meteo 61 Mittlere Lufttemperatur Animationen: „Global climate animations“ des department of Geography der University of Oregon. Daten: NCEP (National Centers for Environmental Prediction) Reanalysen für die Periode Bei der Reanalyse werden Beobachtungsdaten aus der Vergangenheit mit modernen Analyseprogrammen aufbereitet und auf ein Gitter interpoliert.

14 Globaler Temperaturanstieg
Meteo 62 Globaler Temperaturanstieg Das Jahre 2010 war (zusammen mit 2005) das wärmste seit Beginn der Messungen Seit Ende des 19. Jhdt ist die globale Mitteltemperatur um 0.8 °C gestiegen (Bild: NASA-GISS). Insbesondere der Anstieg der letzten ~30 Jahre von ca. 0.5 °C ist ohne menschlichen Einfluss nicht erklärbar.

15 Temperaturanstieg in Österreich
Meteo 63 Temperaturanstieg in Österreich Seit Ende des 19. Jhdt ist die Miitteltemperatur in Österreich sogar um etwa 2 °C gestiegen (Bild: R. Böhm, aus Auer und Foelsche, 2013). Der Anstieg der letzten ~30 Jahre macht hier etwa. 1 °C aus.