Meteorologie (Grundlagen für Drohnenpiloten)

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1 Meteorologie (Grundlagen für Drohnenpiloten)
Inhalt: Atmosphäre ISA Luftdruck Luftdichte Luftfeuchtigkeit Wolken Wind Hoch- und Tiefdruck Gefahren durch Gewitter

2 Atmosphäre Gasförmige Hülle um die Erde Gewicht:
ca Billionen Tonnen Luftdruck NN: 1 kg/cm² (ISA 1013,2 hPA auf Meereshöhe) Chemische Zusammensetzung der Luft: 21% Sauerstoff O2 78% Stickstoff N2 0.03% Kohlendioxid CO2 Rest: Edelgase u.a. Im Durchschnitt sind ca. 1.3% Wasserdampf (max. 3%) in der Luft enthalten.

3 ISA Internationale Standard Atmosphäre Luftdruck in NN (MSL):
1013,25 hPA Lufttemperatur in NN: 15°C Relative Luftfeuchte: 0% Dichte auf Meereshöhe: 1,255 kg/m³ Temperaturabnahme: 0,65°C/100m °C/1000ft Tropopausenhöhe: 36000 ft (11 Km) Tropopausentemperatur: -56,5°C Zusammensetzung der Luft: 78% Stickstoff % Sauerstoff 1% Edelgase

4 Aufbau der Atmosphäre Temperaturverlauf und Schichtung der Atmosphäre
Ionosphäre Kosmische Strahlung im UV- und Röntgenbereich Temperaturverlauf und Schichtung der Atmosphäre O2 O O3 UV- Licht (Tag) Nacht Temperaturgradient: Temperaturänderung mit der Höhe (im Normalfall Abnahme), Mittelwert für Troposphäre: 0.65°C/100m oder 2°C/1000ft

5 Die ICAO - Standardatmosphäre
Dient zum Vergleich von Leistungsparametern von Flugzeugen und Triebwerken und zur Eichung von Fluginstrumenten. Die wichtigsten Daten der ICAO- Standardatmosphäre: Luftdruck hPa Lufttemperatur (MSL) 15°C Luftdichte kg/m³ rel. Feuchte 0% Temperaturabnahme bis 11km Höhe 0.65°C/100m bzw. 2°C/1000ft Höhe der Tropopause 11km Temperatur an der Tropopause °C Zur Anwendung bei Eichungen gibt es ausführliche Tabellen für die Höhenabhängigkeit von Lufttemperatur, Luftddruck, Luftdichte und Schallgeschwindigkeit.

6 Troposphäre / Tropopause
Wetterschicht der Atmosphäre Die Tropopause verhält sich elyptisch. Über den Polen am niedrigsten. Über Äequator am höchsten 6-8 Km 11 Km 16-18 Km

7 Bestimmungsgrößen für den Zustand der Atmosphäre
Luftdruck Temperatur Luftfeuchtigkeit

8 Luftdruck Druck, der durch die Gewichtskraft der Luftsäule entsteht
Höhenmesser zeigt 4000m 400m 4200m 4000m 3800m Prinzip: Warme Luft „dehnt“ sich mehr aus als kalte Luft, da sie mehr Feuchte enthält bzw. aufnehmen kann -3°C Kalt 12°C Mild 27°C Warm

9 Luftdruck Regel: Bei einer Höhendifferenz von 5500m halbiert sich der Druck Folge davon: Der Schub reduziert sich mit zunehmender Höhe Abhilfe: Propeller mit grösserer Steigung

10 Luftdichte Wie viel Gewicht an Luft in einem Kubikmeter enthalten ist kg/m³ Sie hat am Boden immer höchste Dichte In größeren Höhen wird die Luft immer dünner Maßeinheit: 1 Pa = 1 N/m² Alte Maßeinheiten: 760mm Hg = 760 Torr = ins merc = mbar = hPa Meßgeräte für den Luftdruck: Quecksilberbarometer Aneroidbarometer/ Höhenmesser/ Barograf Elektronische Drucksensoren Barometrische Höhenstufe: Höhenunterschied, der 1 hPa Druckunterschied verursacht. Meereshöhe (MSL): 8m/hPa = 30ft/hPa (2000m: m/hPa) 5500m: m/hPa 11000m: m/hPa

11 Luftdruck (Isobare) ISOBAREN = Linien gleichen Druckes

12 Luftdruck - Luftdichte
Druck(blau) und Dichte(rot) steigen fast gleichmäßig (linear=proportional) Druck Luftdichte Luftdruck 5500m Luft

13 Luftfeuchtigkeit Anteil des Wasserdampfs am Gasgemisch in der Atmosphäre gr/m3 Übersättigung 17,2 9,4 Untersättigung 4,9 2,4 1,07 -20° -10° 0° 10° 20° 30° Temp SPREAD: Temperatur - Taupunkt Wolkenuntergrenze: SPREAD x 400 = ft/GND oder SPREAD x 123 = m/GND

14 Luftfeuchtigkeit Sättigungsdampfdruck und maximale Feuchte:
Absolute Feuchte: Der tatsächlich in der Luft enthaltene Wasserdampf in g/m³

15 Luftfeuchtigkeit Frel = Fabs Fmax 100% Die relative Feuchte:
Taupunkt : Temperatur bei der die Sättigung (max. Feuchte =100% rel Feuchte) erreicht ist und Kondensation einsetzt. Taupunktsdifferenz  (Spread): Differenz zwischen tatsächlicher Temperatur und Taupunkt. z. B.  = 10°C => Die Luft muß sich um 10° abkühlen um den Taupunkt zu erreichen. Aus  kann mögliche Nebelbildung vorhergesagt werden, oder die zu erwartende Cu- Wolkenbasis (KKN/m = Spread x 123) ermittelt werden. SPREAD: Temperatur - Taupunkt Wolkenuntergrenze: SPREAD x 400 = ft/GND; SPREAD x 123 = m/GND

16 Luftfeuchtigkeit Wird ein abgeschlossenes Luftpaket vertikal bewegt, ändern sich Druck, Volumen und Temperatur Der Wassergehalt des Paketes bleibt jedoch konstant Relative und maximale Feuchte, Dampfdruck und Taupunkt ändern sich daher mit der Höhe. Zur Betrachtung der Dynamik der Atmosphäre (z. B.großräumige Turbulenz) werden höhenunabhängige Feuchtebegriffe benötigt: Spezifische Feuchte q: q = = Mischungsverhältnis m: m = = Masse Wasserdampf Gesamtmasse feuchte Luft Masse trockene Luft W + L ______ W ___ L Einheit: g/kg

17 Luftfeuchtigkeit Aufgabe: Ermittle mit den Informationen dieser “Wetterstation” die Höhe der zu erwartenen Cu- Wolkenbasis. Fabs Frel = Fmax Frel = x = 0.64 x 20 g/m³ = 12.8g/m³ nach Faustregel  = 12.8°C (nach Faustregel)  = 20°C °C = 7.2°C rel. F = 64% Cu- Basis =  x 123m = 886m über Grund T = 20°C

18 Wolken Ansammlung von Wassertröpfchen, die in der Atmosphäre schweben
… nur möglich mit Kondensationskernen(Staub, Luftpartikel etc.) Wolkenbildung: Allgemein: feuchte Luft  Abkühlung  Kondensation Abkühlung durch: Thermische Konvektion Hindernisse Kaltfront Bewölkungsbenennung in der Fliegerei: 1/8 few  FEW 2-3/8 scattered  SCT 4-7/8 broken  BKN 8/8 overcast  OVC

19 Wolken Warmfront: Tritt auf wenn warme Luftmasse auf kalte Luftmasse treffen

20 Wolken Warmfront: Tritt auf wenn kalte Luftmasse warme Luftmasse ersetzen

21 Wolken mit gr. vertikaler Ausdehnung
Wolkengattungen: tiefe Wolken 0 – 2 Km mittlere Wolken 2 – 6 Km höhe Wolken über 6 Km Wolken mit gr. vertikaler Ausdehnung Stratus Altocumulus Cirrus Cumulus Stratocumulus Altostratus Cirrocumulus Cumulonimbus Cirrostratus Nimbostratus

22 Wolken Wolkengattungen (Überblick):

23 H T H Wind Stärkere Luftbewegung in der Atmosphäre
Sonneneinstrahlung bewirkt: Temp-Unterschiede  Druck-Unterschiede  Druck-Ausgleich  Wind H T H Bodenwind - Höhenwind - Faustformel - Darstellung Umrechnung Knoten: Km/h x 2 -10% oder m/s x 2

24 Wind Seewindsystem am Tag : Landwindsystem nachts :

25 Wind Talwind : Bergwind :

26 Wind Globale Windsysteme :
Durch unterschiedliche Erwärmung der Erdoberfläche

27 Wind CW Coriolis-Effekt :
(Vektorielle Kraft die auf Luftteilchen und Massen wirkt) CW Ablenkende Kraft durch Endrotation: Auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn(CW) wirkende Kraft Auf der Südhalbkugel im Gegenuhrzeigersinn(CCW) wirkende Kraft Bsp: betrachte in welcher Drehrichtung das Wasser in der Badewanne ausläuft/dreht.(Nordhalbkugel=> Uhrzeigersinn)

28 Hoch- und Tiefdruck Tiefdrucksysteme :
Kalte Front hinter den warmen Front

29 Gefahren durch Gewitter
Wechselnde Windrichtung Böenwalze, verursacht durch herausfallende Wassermassen(Virga) Blitzschlag, Hagel Starke Aufwinde in der Wolke