Atmosphäre Modul GEO 131, Physische Geographie A, WS 10/11

Präsentation zum Thema: "Atmosphäre Modul GEO 131, Physische Geographie A, WS 10/11"—  Präsentation transkript:

1 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

2 Klima und Wettervorhersage Aktuelle Wetterkarte
Aktuelles Satellitenbild

3 Klima und Wettervorhersage Aktuelle Wetterkarte
Aktuelles Satellitenbild

4 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)• = (a/A)• = (s/S)•100 %

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

6 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

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

8 Globale Zirkulation Zyklonen und Bewölkung in der Westwindzone

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

10 Dampfdruck Verdunstung von Wasser
aus: Baumgartner und Liebscher 1996

11 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)

12 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)

13 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

14 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

15 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: atmosphaere.de/met/ndrbldg.htm)

16 Wolken Wolkentypisierung
Altostratus aus: Stratus

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

18 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

19 Cumulonimbus

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

21 Niederschlag Dauer und Intensitäten
Landregen: < 6 h Dauerregen: > 6 h und > 0,5 mm/h starker Dauerregen: > 6 h und > 1 mm/h Starkregen: 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: mm/24 h

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

23 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.

24 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

25 Globale Wasserbilanz Räumliches Muster
Niederschlag-Verdunstung

26 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

27 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)

28 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 Uhr x f (empirisch ermittelter Faktor)) Messung mit PAN-A-Evaporimeter (Durchmesser 1250 mm, Tiefe 250 mm, Wassertiefe mm) oder Lysimeter (Oaseneffekt!)