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Gliederung der Vorlesung• Atmosphäre und Energiehaushalt• Globale Zirkulation der Atmosphäre • Atmosphärische Feuchtigkeit und Niederschlag• Klimazonen und regionale Klimasysteme• Klimaänderungen und Klimamodelle

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

Priv.-Doz. Dr. Martin Gude

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Klima und Wettervorhersage Aktuelle Wetterkarte

Aktuelles Satellitenbild

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Klima und Wettervorhersage Aktuelle Wetterkarte

Aktuelles Satellitenbild

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Wasser in der Atmosphäre Definitionen

EinheitAbk.Bezeichnung

%U = (e/E)•100 = (a/A)•100 = (s/S)•100

relative Feuchte

g/kg (trockene Luft)m, M=max.Mischungsverhältnis

g/kg (feuchte Luft)s, S=max.spezifische Feuchte

g/m3a, A=max.absolute Feuchte (variabel)

mKondensationspunkt/-niveau

°CTdTaupunktstemperatur

hPaE-eSättigungsdefizit

hPaESättigungsdampfdruck

hPaeDampfdruck (Partialdruck)

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Luftmassenbewegung Kondensation und Wolken

Wolkenentstehung durch:

• Hebung an orographischen Hindernissen (z. B. Alpen)

• Konvektion (Einstrahlung und Erwärmung in Bodennähe)

• Advektion (bei Frontensystemen) 

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trockenadiabatisch

Latente und fühlbare Energie Adiabatische Gradienten

Erdoberfläche

A t

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feuchtadiabatisch

0,5 - 0,8 K•100 m-1

0,65 K•100 m-1ca. 1,0 K•100 m-1

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Aus:van Eimern et al. 1984

Luftmassenbewegung Kondensation und Wolken

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Globale Zirkulation Zyklonen und Bewölkung in der Westwindzone

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Wasserdampf Sättigungskurve

übersättigt

A = 17.3 g/m3

a = 9.3 g/m3

Taupunktstemperatur

A = 17.3 g/m3

Sättigungsdefizit8 g/m3

10aus: Baumgartner und Liebscher 1996

Dampfdruck Verdunstung von Wasser

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Hebungsprozesse Kondensationsniveau

0

500

1000

1500

2000

2500

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

1 °C/100 m

Temperatur (°C)

Höhe (m NN)

Kondensationsniveau

0,65-1 °C/100 m

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0

500

1000

1500

2000

2500

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

1 °C/100 m

Temperatur (°C)

Höhe (m NN)

Kondensationsniveau

1 °C/100 m

Hebungsprozesse Kondensationsniveau

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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

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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

Niederschlag Entstehung und Typen

15(Quelle: http://www.physik-der atmosphaere.de/met/ndrbldg.htm)

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Wolken Klassifizierung

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Wolken Wolkentypisierung

Stratus

Altostratus

aus: www.wolkenatlas.de

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Nimbostratus

18unt

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StratocumulusCumulus congestus und mediocris

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Cumulonimbus

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Cirrostratus mit Haloerscheinung

Cirrocumulus Cirrus

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Niederschlag Dauer und Intensitäten

Landregen: < 6 hDauerregen: > 6 h und > 0,5 mm/h starker Dauerregen: > 6 h und > 1 mm/hStarkregen: 5 mm in 5 min, 10 mm in 20 min, oder 16 mm in 60 min

Niederschlagsmaxima

Global:

Deutschland: ca. 350 mm/24 h

Jena: 110 mm/24 h

Nieder-schlags-maxima

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Niederschlagmessung Radar

• Reflektion von Niederschlagstropfen

• je mehr Niederschlags-tropfen im Radarstrahl und je größer deren Durchmesser, desto größer die Reflektion der Radarwellen

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Niederschlag Jahresmittel global

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Niederschlag Breitenkreis-mittel

aus: Lauer 1993

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Globale Wasserbilanz Räumliches Muster

Bilanz: Niederschlag-Verdunstung

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Verdunstung

Niederschlag111

Niederschlag385

425Verdunstung

71Evaporation Transpiration

Wasserdampftransport40

Grundwasserfluss

Rückfluss40

Versickerung

Oberflächl.Abfluss

Wasserhaushaltsgleichung

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

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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)

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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!)