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

Klima und Wettervorhersage Aktuelle Wetterkarte Aktuelles Satellitenbild

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Wasser in der Atmosphäre Definitionen Bezeichnung Abk. Einheit Dampfdruck (Partialdruck) e hPa Sättigungsdampfdruck E hPa Sättigungsdefizit E-e hPa Taupunktstemperatur Td °C Kondensationspunkt/-niveau m absolute Feuchte (variabel) a, A=max. g/m3 spezifische Feuchte s, S=max. g/kg (feuchte Luft) Mischungsverhältnis m, M=max. g/kg (trockene Luft) relative Feuchte U = (e/E)•100 = (a/A)•100 = (s/S)•100 %

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

Latente und fühlbare Energie Adiabatische Gradienten trockenadiabatisch feuchtadiabatisch 0,5 - 0,8 K•100 m-1  0,65 K•100 m-1 ca. 1,0 K•100 m-1 A t m o s p h ä r e Erdoberfläche

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

Globale Zirkulation Zyklonen und Bewölkung in der Westwindzone

Wasserdampf Sättigungskurve übersättigt A = 17.3 g/m3 A = 17.3 g/m3 Sättigungsdefizit 8 g/m3 Taupunktstemperatur a = 9.3 g/m3

Dampfdruck Verdunstung von Wasser aus: Baumgartner und Liebscher 1996

Hebungsprozesse Kondensationsniveau Höhe (m NN) 2500 2000 0,65-1 °C/100 m 1500 Kondensationsniveau 1000 1 °C/100 m 500 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 Temperatur (°C)

Kondensationsniveau Hebungsprozesse Kondensationsniveau Höhe (m NN) 2500 1 °C/100 m 2000 1500 Kondensationsniveau 1000 1 °C/100 m 500 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 Temperatur (°C)

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

Niederschlag Entstehung und Typen 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

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

Wolken Wolkentypisierung Altostratus aus: www.wolkenatlas.de Stratus

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

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

Cumulonimbus

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

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 Nieder-schlags-maxima Niederschlagsmaxima Global: Deutschland: ca. 350 mm/24 h Jena: 110 mm/24 h

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

Niederschlag Jahresmittel global Maxima in Tropen und Westwindzone, dazwischen Übergangsgebiete (theoretisch, ohne Orographie etc.) hygrischer Äquator (höchste Werte) verschoben über Ozeanen insgesamt höhere Nschl. als über Land in Trockengebieten höhere Werte als in Polargebieten (Ostflanken der Gebirge!) Westflanken der Gebirge in Westwindzone erhalten hohe Nschl.

Niederschlag Breitenkreis-mittel Maxima in Tropen und Westwindzone, dazwischen Übergangsgebiete (theoretisch, ohne Orographie etc.) hygrischer Äquator (höchste Werte) verschoben über Ozeanen insgesamt höhere Nschl. als über Land in Trockengebieten höhere Werte als in Polargebieten (Ostflanken der Gebirge!) Westflanken der Gebirge in Westwindzone erhalten hohe Nschl. aus: Lauer 1993

Globale Wasserbilanz Räumliches Muster Niederschlag-Verdunstung

Wasserdampftransport Evaporation Transpiration Verdunstung Wasserdampftransport 40 Niederschlag 111 71 Evaporation Transpiration 425 Verdunstung Oberflächl. Abfluss Niederschlag 385 Versickerung Rückfluss 40 Grundwasserfluss Wasserhaushaltsgleichung 0 = N + VEvaporation + VTranspiration + ΔAober-/unterirdisch + ΔSBoden + ΔSVegetation

Wasserhaushaltsgleichung Verdunstung Wasserhaushaltsgleichung 0 = N + VEvaporation + VTranspiration + ΔAober-/unterirdisch + ΔSBoden + ΔSVegetation 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)

Verdunstung Berechnung/Messung der Verdunstung problematisch Thornthwaite: E (mm) = 16d(10 t1/I)a d = Tageslänge, t1 = 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!)