Strahlungshaushalt/ Globale Zirkulation/ Wettergeschehnisse/ Wasserhaushalt etc.

Alternativer Bildtext:

über Wasser H Bodenwind - Luft vom Höhenhoch über dem Land Strömt entlang des Druckgefälles zum Höhentief über dem Wasser - dem Druckausgleich entsprechend in der Höhe, wird am Boden ein Wind von Wasser zum Land (Seewind) - nachts kehrt sich die Fließrichtung der Luft (Druck und Wind Verhältnisse) um (Wasser kühlt nicht so schnell ab, wie Land) TE T -> nächtlicher Landwind Nacht -1000- Luftfeuchtigkeit und Luftdruck: Was versteht man unter Luftfeuchtigkeit? -die Luftfeuchtigkeit bezeichnet den Anteil des Wasserdampfs am Gasgemisch der Luft -die Atmosphäre kann abhängig von der Temperatur unterschiedliche Mengen Wasserdampf aufnehmen, bevor diese wieder zu flüssigem Wasser kondensieren und Wolken bilden kann -ist die maximale Aufnahmekapazität der Luft erreicht, spricht man von der Sättigung A Landwind Absolute Feuchte: Relative Feuchte: Verhältnis von absoluter zu maximaler Feuchte Masse des Wasserdampfes, der in einem Kubikmeter Luft enthalten ist Taupunkt: 100% relative Luftfeuchte bzw. erreichen der Sättigung (Regen) 100% LFrel= Berg-Tal-System: -Gipfel erwärmt sich schneller und damit auch die Luft über sich ->H bildet sich - Schwere kalte Luft sinkt ins Tal ab -> erzeugt hohen Luftdruck im Tal -> Luftdruckunterschied führt zu Talwind - in der Nacht umgekehrt, da Gipfel sich schneller abkühlt Land-Stadt-System: - Stadt ist meistens 3° wärmer als Umland Entstehung des Alpenföhns: - Luft auf der Luvseite Steigt auf, Temperatur nimmt dabei ab -> Entstehung Wind vom Land in Stadt -> nützlich: Abkühlung plus Entsorgung von Abgasen nach oben - Stauniederschläge und Wolkenbildung auf Luvseite, da der Taupunkt erreicht ist - bei ruhigen Wetter steigt wärmere "Stadtluft" wegen ihrer geringen Dichte auf - kühlere Landluft zieht sich zusammen und sinkt ab - Am Gipfel Bildung einer Föhnmauer (Scharfe Wolkengrenze) - hinter dem Gipfel, auf Leeseite reißt rasch auf, da erwärmte Luft höhere Feuchte hat, das Wasser kondensiert also nicht mehr - auf Leeseite entsteht der milde Föhn Vormittag M5 Berg-Tal-Windsystem Trockendiabetisch: 2000 m Vertikale Bewegung von Luft, die nicht mit Wasserdampf gesättigt ist. Beim trockendiabetischen Aufstieg nimmt die Temperatur (linear) um circa 10⁰ pro 100m ab Talwind Kondensationsniveau 1000 m M3 H Land Stadt-Wind Warme-jund Dunstglocke Hud Umland kühler starke Erwärmung der Stadt durch: -dichte Bebauung - dunkler Asphalt (starke Absorption) - Abgase My Flurwind: Land-Stadt-Wind Staubewölkung feuchtadiabatische Abkühlung -0,5°C/100m trockenadiabatische Abkühlung -1°C/100m H Abend 500 m ü.M., 15°C 60% spezifische Feuchte Föhnmauer -2,5°C Bergwind Aufgaben der Atmosphäre: Wolken > Wolken bilden sich, wenn wasserdampfhaltige, warme Luft aufsteigt > dehnt sich dabei aus und es kommt zu einer Abkühlung der Luftmasse > durch die Abkühlung verringert sich die Aufnahmekapazität und die Luft ist übersättigt und muss in einen flüssigen Aggregatzustand wechseln 650 m. ü. M. 21°C 15% spezifische Feuchte Auswirkungen: Luvseite - typische Wetterphänomene: warme Temperaturen, geringe Luftfeuchtigkeit, klare Luft, blauer Himmel, fantastische Fernsicht, linsenförmige Wolken, Föhnwolken, vereinzelt Föhnsturm andere Lösung zur Entstehung: die warme Luft strömend über der kalten Luft da sie leichter ist. Dabei entstehen Luftwirbel, wegen der warmen Luft, die langsam nach unten vordringt trockenadiabatische Erwärmung +1°C/100m Land-Stadt Wind Föhnfische Föhn Leeseite Feuchtdiabetisch: Vertikale Bewegung von Luft die mit Wasserdampf gesättigt ist. Beim feuchtdiabetischen Aufstieg nimmt die Temperatur zwischen (nicht linear) 0,3 und 0,90 pro 100m ab. Wasser in der Atmosphäre: Aggregatzustand des Wassers in der Atmosphäre: Die Luftfeuchtigkeit gibt nur den Gehalt an gasförmigen Wasser in der Luft an, also den Wasserdampf. Dabei unterscheidet man zwischen: -absolute Luftfeuchte gibt an, wie viel Wasserdampf tatsächlich enthalten ist. Einheit: Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft (g/m3) -maximale Luftfeuchte gibt an, wie viel Wasser maximal enthalten sein kann bevor Sie kondensiert. Diese ist abhängig von der Temperatur -Relative Luftfeuchte ist der Quotient aus Absoluter Luftfeuchte, multipliziert mit 100. Aerosole wirken als Kondensations- kerne Kondensationsniveau 4 (=Taupunkt = 100% rel. LF) Verdunstung von Wasser -12 km - 6 km Abkühlung Beispiel: absolute Luftfeuchtigkeit von 6,8 g/m' aufsteigender Temperatur auf NN von 25°C Luft um: Taupunkt laut Taupunktkurve 3 km 0,5°C pro 100 m (feucht- adiabatische Abkühlung) - 1,5 km 1°C pro 100 m (trocken- adiabatische Abkühlung) Cb Kondensationsniveau Abkühlung aufsteigender Luft Cs 2000 m. 100% relative Feuchte Ac 1000 m: 53,13 0 m: 29,44 10 15 20 25 Temp. in "C Ns M8 Höhe ü. NN 2500 M9 2000 1500 1000 500 0 LFrel= wasser (flüssia) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 verdunsten M6 wasserdampf Cgasförmig nere gwasser/m Luft LF abs LF max Schmelzen Übersättigung 8 • 100% Wolkenbildung: Voraussetzung für das Entstehen von Wolken sind großräumige Hebungsvorgänge von Luft. Wolken entstehen durch Konvektion, dem vertikalen Aufstieg von Luft, oder durch Advektion, dem horizontalen Aufgleiten von warmer Luft auf kältere Luft. Trotzdem gibt es nicht nur zwei Wolkentypen, sondern 10 Wolkengattungen. Damit eine bestimmte Wolkengattungen entsteht, muss neben Konvektion oder Advektion noch eine bestimmte vertikale Anordnung verschiedener Luftmassen (atmosphärischen Schichtungen) bestehen. Man unterscheidet zwischen labil und Stabil Schichtung. Diese sind abhängig von der Temperatur der Atmosphäre. Die Abkühlung einer Luftmasse die aufsteigt, ist immer gleich: erst trockenadibatisch, dann feuchtdiabatisch. Die Abkühlung des bewegten Luftpaketes, ist unabhängig von der Umgebungstemperatur. Niederschlag: Ob es aus einer Wolke regnet, hängt von der Größe und dem Gewicht der Tropfen oder Eiskristalle, sowie von der Temperatur der unteren Troposphäre ab. resubli eren T in °C → -20 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 Taupunkt: 100% relative Luftfeuchtig. keit bzw. Erreichen der sätt. igung cregen) Hohe Wolken: Cirrus (CI): Federwolken Cirrocumulus (Cc): Schleierwolken Sublimieren Els (fest) Mittelhohen Wolken: Altocumulus (Ac): hohe Schäfchenwolken Altostratus (AS): mittelhohe Schichtwolken 31 Die Taupunktkurve zeigt die maximale Luftfeuchtigkeit bei verschiedenen Temperaturen. Die maximale Luftfeuchte ist umso höher je größer die Temperatur ist. Tiefe Wolken: Stratocumulus (Sc): Schicht Haufenwolken Stratus (St): Schichtwolken Cumulus (Cu): Haufenwolken 23,1 Wolken mit großer Vertikalausdehnung: Nimbostratus (NS): Regen Schichtwolken Cumulonibus (Cb): Schauer und Gewitterwolken Strahlungs und Wärmehaushalt: Verteilung auf der Erde: - am äquator treffen die meisten Sonnenstrahlen ein (ganzjährige Strahlung) > bekommt die meiste Energie - die Mittelbreiten bekommen die notwendige Energie - die Polarzonen bekommen kaum Energie Aquator /23,5°N Nördlicher Wendekreis Entstehung: Verschiedene Luftzirkulationen Atmosphärische Zirkulation: !!! Kursarbeit! N-Pol 23,5°S +22°C Südlicher Wendekreis -23°C S-Pol +24°C 1. tropische Passatzirkulation: (zw. 35 N u. 30 S) tropische Hadley Zelle (äquatoriale Tiefdruckrinne) - am äquator positive Strahlungsbilanz (Energieüberschuss) aufgrund der Starken Erwärmung und aufsteigender Luft fällt der Luftdruck und es entsteht am Boden ein thermisches Tief und in der Höhe ein thermisches Hoch - aus dem Höhen hoch strömend die Luft Polwärts wobei Sie im Bereich der Wendekreise wieder ab Singt und den Subtropischen Hochdruckgürtel bildet - Von dort aus strömt sie als Passat wieder in Richtung der äquatorealen Tiefdruckrinne, wobei dieser Passat wieder durch die Corioliskraft abgelenkt wird: Auf der Nordhalbkugel entsteht so der NO Passat und auf der Südhalbkugel der SO Passat am Boden und in der Höhe der Anti Passat Tageslänge (h) Sommer Winter 24 0 16 8 +26°C 12-12- -33°C 13,5-105- Wendekreis 10,5- -13,5- 16 8 0 24 Entstehung der Jahreszeiten: 2 - durch Erdrotation (Neigung beträgt 23,5 Grad) - kommt auf die Stellung der Achse an um die sich die Erde dreht - da sich die Erde um die Sonne dreht bleibt die Erdachse bei der Bewegung der Erde gleich - Sie dreht sich parallel zum äquator - da die Südhalbkugel und Nordhalbkugel nicht immer gleichmäßig beschienen werden wechselt das Klima auf den Halbkugel Definition: bezeichnet die Gesamtheit aller großräumigen Luftzirkulation (Bewegungen) auf der Erde globale Zirkulation gleicht den Temperatur und Energiegegensatz zwischen äquator und den Polen aus -> überschüssige Energie vom äquator gelangt zu den Polen -> beruhen auf der unterschiedlichen Energiezufuhr durch die Sonne auf Grund der Kugelgestalt der Erde, die Neigung der Erdachse, Bahn der Erde um die Sonne. Keine gleichmäßige Verteilung der Sonnenstrahlen. -> globale Verteilung bodennaher Druckgebiete und Windgürtel Es gibt wegen der unterschiedlichen Druckverteilung auf der Erdoberfläche drei Zirkulationssysteme: diese verlagern sich im Jahresverlauf entsprechend der Sonneneinstrahlung. Polare Ostwinde Polarfront (Subpolare Tiefdruckrinne) Außertropische Westwinde strahlen Subtropischer Hochdruckgürtel Nordost-Passate 4 Höhe: Antiparsat Innertropische Konvergenzzone (ITC) (Aquatoriale Tiefdruckrinne) Stärke Erwärmung Südost-Passate 4Höhe: Antipassat Subtropischer Hochdruckgürtel Außertropische Westwinde Polarfront (Subpolare Tiefdruckrinne) 23% N M10 Polare Ostwinde Polarhoch H Atmosphäre H Polarhoch-kalte Luft zieht zsmd Sight Atmosphärische Zirkulation - Bodennahe Luftdruckgebiete und Winde M11 90' 60° 30 ö 30° 60° 90 - Die Zone in der die Passate aufeinanderstoßen ist die innertropische Konvergenzzone (ITC) (M14) polare Ostwinde 2. außertropische Westwindzirkulation meriodionaler Luftaustausch durch Jetstream -> polwärts dieser Westwindzone Schließt sich die Polarfront (subpolare Tiefdruckrinne) an -> dort konvergieren WW mit polaren OW 3. polare Ostwinde Kalte Luft zieht sich zusammen wird dadurch Schwerer und Sinkt ab -> Hochdruckgebiet entsteht so genanntes Polarhoch Ferrel Zelle: hier treffen polare und tropische Windsysteme aufeinander Polare Zelle: absinken der Luftmassen an den Polen als Triebkraft, bodennahe Ostwände Hadley Zelle: am äquator steigen die Luftmassen auf und bilden ein bodennahes Tiefdruckgebiet Sonne steht im Zenit am... T 21.6. 21.3.+23.9. 21.12. 40° N- Luftdruckgebiete und Winde (vereinfacht) - an den Polen fließt kalte Luft aus polaren Hochdruckgebieten (-> Polarhoch) oberflächennah nach Süden auf der Nordhalbkugel (bzw. nach Norden auf der Südhalbkugel) -> durch Corioliskraft entstehen so Ostwinde gemäßigte Globale Zirkulationssysteme: nördl. Wendekreis -20 N Aquator ‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒ südl. Wendekreis -40° S ockenheit bsteigende Luft M14 steigende Luft M15 km 16- Januar 5 Hawaiihoch CHO 14- 12 Aleutentief 10- Nordost-Passat STJ H ITC Südost-Passat H Zone Islandtief Te M außertropische Westwinde Hadley Zelle Innertropische Konvergenz Klima und Klimaklassifikationen: Maritimes Klima: Klima von Gebieten die an Seen bzw. das Meer angrenzend oder davon umgeben sind Kontinentales Klima: Klima auf dem Land Ferell Zelle 30 N Hadley Zelle 0 30° N Subtropischer Hochdruckgürtel 30 S 20° N Ferell Zelle M13 Antipassa (Westwind) H Azorenhoch Nordost-Passat V V 5 Südost-Passat Hauptwindrichtung ->West nach Ost Coriolis Kraft: Auf der Nordhalbkugel lenkt die Corioliskraft den Wind nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links Passatinversion Polare Zelle 60' N -23,5 absinkende Luftmassen des Urp (Ostwind) außertropische Westwinde Polare Zelle NO-Passat 10° N ITC 60 s- Nordost-Monsun VELVE R Westwindzone HH wendekreiSrdost Passat Trop.O.P.ause H (H) Südost Passat H Kältehoch 0° Äquatoriale Tiefdruckrinne/ ITC Südost-Passat H M12 Signe zone Westwindzone guma- Antipassat Westwind) absinkende Luftmassen des Urpassats (Ost SO-Passat 10° S 20° S Nordwest- Monsun T Hitzetief polare zone STJ-Subtropen-Jetstream STJ H Passat- Oberschicht Passat Grund- schicht 30° S Subtropischer Hochdruckgürtel Globale Luftdruck und Zirkulationssysteme Zusammenfassung: Aufgrund des unterschiedlichen Einstrahlungswinkelsder Sonne auf der Erde und der damit verbundenen unterschiedlichen Erwärmung ergeben sich grundsätzlich drei große Klimazonen. 1. die tropische Zone (Zone zwischen den Wendekreisen) 2. die gemäßigte Zone (ca. 30° bis 60°) 3. die polare Zone ( ab ca. 60° Polwärts) Wenn man zusätzlich zu den Temperaturverhältnissen noch die unterschiedlichen Niederschlagsverhältnisse, die durch die vorherrschenden und z.T. wechselnden Luftdruck und Windgürtel bestimmt werden, betrachtet, ergibt sich eine Fünfgliederung. 1. die tropische Zone: Jahresmitteltemperatur etwa 25°, immer warm, niemals Frost, ganzjähriger Einfluss der Passat Zirkulation, trocken und Regenzeit bestimmen den Jahresablauf Niederschläge der ITC i.dR. in den Sommermonaten der Halbkugel 2. Subtropische Zone: Jahresmitteltemperatur etwa 180, milde Winter, warme Sommer, im Sommer im Einflussbereich der Passat Zirkulation, im Winter im Einflussbereich der Westwinde bzw. Frontalzone 3. die gemäßigte Zone: Jahresmitteltemperatur um die 8°, gemäßigte Winter und Sommer, ganzjährige Einflussbereich der Westwindzone 4. die subpolare Zone: Kalte Winter, gemäßigte Sommer, Winter im Einflussbereich der polaren Ostwinde im Sommer im Einflussbereich der Westwindzone 5. die polare Zone: Jahresmitteltemperatur um oder unter 0°, kalte Winter, ganzjährig im Einflussbereich der polaren Ostwinde Westwindzone: Atmosphärische Luftzirkulation in den mittleren breiten 40-60° -> Sie wird durch die Coriolisablenkung verursacht zw.Subtropischen Hochdruckgürtel um etwa 60 grad Breite -> Westwinde wehen zw. Subtropischen Hochdruckgürtel und subpolaren Tiefdruckrinne - Entstehung: - Am subtropischen Hochdruckgürtel strömen (neben den Passatwinden in Richtung äquator) Luftmassen polwärts -> Ablenkung durch Corioliskraft -> Entstehung Westwinde - Westwinde transportieren hoch und Tiefdruckgebiete (Antizyklonen und Zyklonen) nach Osten -> deswegen dynamische Druckgebiete (bilden sich ständig neu und lösen sich auf) Corioliskraft: - entsteht durch die Drehbewegung der Erde um ihre eigene Achse (Rotation) Rotationsgeschwindigkeit ist am äquator größer als an den Polen - verlässt ein Luftpaket Seine geographische Breite, behält es diese Geschwindigkeit bei -> wenn Luftpaket auf der Nordhalbkugel nach Süden strömt, kommt es in Breiten, wo die Erde Schneller rotiert. Das Luftpaket bewegt sich also langsamer als die Erde unter ihm und wird nach Westen abgelenkt - strömt es nun wieder in Richtung Norden, gelangt es in langsamere Regionen. Das Luftpaket ist also Schneller als die Erdrotation und wird nach Osten abgelenkt - auf der Südhalbkugel ist es genau andersherum Die Corioliskraft lenkt also die Strömungen: > auf der Nordhalbkugel nach rechts ab > auf der Südhalbkugel nach links ab -> Corioliskraft wirkt nur bei großräumigen Strömungen, nicht bei regionalen Systemen -> besonders Stark ist Sie zwischen 35° und 65° Breite in der so genannten planetarischen Frontalzone: Planetarischen Frontalzone 30° -60° N/S Zone der Westwinde, wo die warme Tropenluft auf die kalte Polarluft trifftt -> geprägt von Jet Stream und dynamischen Tiefdruckgebieten (Zyklonen) Jetstream: Westwinde in der oberen Troposphäre mit Höchstgeschwindigkeiten von 250-360 km/h (in Tropopause) Typen: 1. tropischer Jetstream: im Sommer über den Tropen in 15-50 km Höhe 2. Subtropen Jetstream: über dem Subtropischen Hochdruckgürtel in circa 12 km Höhe 3. Polarfront Jetstream: über der Polarfrontin 10 km Höhe, Lage Schwankt zwischen 40°- 70° N bzw S -> Stärker im Winter da Stärkere Abkühlung der Pole Entstehung: Ausdehnung der Warmluft am äquator und kalte Luft am Pool zieht sich zusammen -> Hoher globaler Temperatur und Luftdruckgegensatz-> Entstehung Starker Winde - durch Corioliskraft werden Winde auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt -> Westwinde diese Druckausgleichsströmung ist der so genannte Jet Stream Die Jet Streams werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst durch welche sie so genannte Mäander (Wellen) bilden: Rossby- Wellen 1. Temperaturunterschiede zwischen Polen und äquator Beispiel Nordamerika schneller -> wenn auf 1000 km ein Temperaturunterschied von 6 K besteht dann entstehen unter oder über den Jetstream veränderte Druckgebiete 2. Gebirge geben dem Jet Stream einen kurzen Schub wodurch dieser kurzzeitig schneller wird jedoch danach wieder an Geschwindigkeit abnimmt schnell! 3. durch Starke Reliefunterschiede (Gebirge <->Meer) Meere haben eine geringere Reibung als Landflächen lang soumer Antipassat: Starker Westwind wir zu Subtropen jetstream strong jet stream stable polar vortex 9 VA Jetstream Que cold air contained weak jet stream S Air pressure and winds around the Arctic switch between these two phases (Arctic Oscillation) and contribute to winter weather patterns. verengt! wavy polar vortex cold air moves south warm air moves north Polarfront- Jetstream Thermisch: > Kaltluft hat größere Dichte als Warmluft -> zieht sich beim abkühlen zusammen wird Schwerer und Sinkt ab Hochdruckgebiet: - dadurch Höherer Luftdruck im Vergleich zur Umgebung Bsp: Land-See-System (Tag) Polarhoch Thermisch: > warme Luft hat geringere Dichte als kalte Luft - Luft dehnt sich beim erwärmen aus, wird leichter und steigt auf Tiefdruckrinne -> Luftdruck auf umliegenden Schichten fällt Bsp: Land-See-System (Nacht), T in äquatorialen noch machen: - Monsun tropische Zirkulation Dynamisch: > entstehen im Bereich des Subtropischen Hochdruckgürtels und wandern von dort nach Osten Tiefdruckgebiete: - auf Südhalbkugel zirkuliert Luft gegen Uhrzeigersinn auf Nordhalbkugel mit dem Uhrzeigersinn Bsp: Azorenhoch Dynamisch: > entstehen im Bereich der Polarfront und wandern nach Osten -> deshalb wanderndes T - Zyklonen drehen sich auf der Südhalbkugel mit dem Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn Bsp: Island tief