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Geographisches Institut Geographisches Institut Luftfeuchte Luftfeuchte

Geographisches Institut Luftfeuchte. Einführungsübung: Geomorphologie(Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.)RN 239 Luftfeuchte festflüssiggasförmigPlasma Schmelzen

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Geographisches InstitutGeographisches Institut

LuftfeuchteLuftfeuchte

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LuftfeuchteLuftfeuchte

festfest flüssigflüssig gasförmiggasförmig PlasmaPlasma

SchmelzenSchmelzen VerdampfenVerdampfenVerdunstenVerdunsten IonisierenIonisieren

ErstarrenErstarrenGefrierenGefrieren KondensierenKondensieren RekombinierenRekombinieren

SublimierenSublimieren

Deposition/ResublimationDeposition/Resublimation

++

-- -- --

++ ++

Wasser in der AtmosphäreWasser in der Atmosphäre

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LuftfeuchteLuftfeuchte

VerdunstungVerdunstung WasserdampfWasserdampf

flüssigflüssig gasförmiggasförmig

VerdampfenVerdampfenVerdunstenVerdunsten

KondensierenKondensieren--

++VerdunstungskälteVerdunstungskälte

(Atmosphäre verliert Energie)(Atmosphäre verliert Energie)

KondensationswärmeKondensationswärme (Atmosphäre gewinnt Energie)(Atmosphäre gewinnt Energie)

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LuftfeuchteLuftfeuchte

WasserdampfWasserdampf

• wird Wasser in der Atmosphäre erhitzt, dann setzt Verdunstung ein;wird Wasser in der Atmosphäre erhitzt, dann setzt Verdunstung ein;• das überführen des Wassers von der festen zur flüssigen Phase geht mit einer das überführen des Wassers von der festen zur flüssigen Phase geht mit einer Volumenzunahme einher;Volumenzunahme einher;• die Volumenzunahme erzeugt einen Druck die Volumenzunahme erzeugt einen Druck == Dampfdruck (e)Dampfdruck (e);;• der maximal mögliche Dampfdruck (bevor Kondensation eintritt)der maximal mögliche Dampfdruck (bevor Kondensation eintritt) = Sättigungsdampfdruck (E)= Sättigungsdampfdruck (E);;

• der Sättigungsdampfdruck ist abhängig von der Temperaturder Sättigungsdampfdruck ist abhängig von der Temperatur• die Menge Wasserdampf in der Luft wird angegeben alsdie Menge Wasserdampf in der Luft wird angegeben als absolute Feuchte [gabsolute Feuchte [g[Wasser][Wasser]//mm33

[Luft][Luft]]]• da da EE temperaturabhängig variiert, muss die Luftfeuchte in Relation gebracht werden temperaturabhängig variiert, muss die Luftfeuchte in Relation gebracht werden = relative Feuchte (U)= relative Feuchte (U)

U =U = eeEE • • 100%100%

EE

TT

E – e = SättigungsdefizitE – e = SättigungsdefizitMischungsverhältnis (m) = Dampfgehalt [g/kgMischungsverhältnis (m) = Dampfgehalt [g/kg [trockene Luft][trockene Luft]]]

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LuftfeuchteLuftfeuchte

WasserdampfWasserdampf

U =U = eeEE • • 100%100%

Wenn folglich der Dampfdruck (e) maximal ist,Wenn folglich der Dampfdruck (e) maximal ist,

dann ist die relative Feuchte (U) =1dann ist die relative Feuchte (U) =1

e = Ee = E

100%100%

durch erreichen der Sättigung kann der Dampfdruck nicht weiter erhöht werden;durch erreichen der Sättigung kann der Dampfdruck nicht weiter erhöht werden; Übergang in die flüssige Phase (Kondensation – Wärme) mit Wolken-/NebelbildungÜbergang in die flüssige Phase (Kondensation – Wärme) mit Wolken-/Nebelbildung

Faustregel: je 1°C kann 1g Wasserdampf pro 1kg Luft aufgenommen werden!Faustregel: je 1°C kann 1g Wasserdampf pro 1kg Luft aufgenommen werden!

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LuftfeuchteLuftfeuchte

WasserdampfWasserdampf

Globale Betrachtung:Globale Betrachtung:

da E temperaturabhängigda E temperaturabhängig Unterschiede zwischen Tropen und Polargebieten;Unterschiede zwischen Tropen und Polargebieten;

warme Luft kann viel mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft;warme Luft kann viel mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft; am Pol ist die Grenztemperatur zur Kondensation viel eher erreicht;am Pol ist die Grenztemperatur zur Kondensation viel eher erreicht; schnellere Wolkenbildung als am Äquator, obwohl absolut gesehen schnellere Wolkenbildung als am Äquator, obwohl absolut gesehen viel weniger Wasser in der Luft ist;viel weniger Wasser in der Luft ist;

Abhängigkeit der Wasserdampfverteilung von der Land-Meer-Verteilung:Abhängigkeit der Wasserdampfverteilung von der Land-Meer-Verteilung:

über dem Meer kann viel mehr Wasser verdunsten als über Land;über dem Meer kann viel mehr Wasser verdunsten als über Land; über dem Meer kann ein wesentlich höherer Dampfdruck (e) entstehen;über dem Meer kann ein wesentlich höherer Dampfdruck (e) entstehen; klimatologische Unterschied zwischen NHK und SHK (=Wasserhalbkugel)klimatologische Unterschied zwischen NHK und SHK (=Wasserhalbkugel)

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LuftfeuchteLuftfeuchte

Wasserdampf - VerdunstungWasserdampf - Verdunstung

Voraussetzungen für Verdunstung:Voraussetzungen für Verdunstung:

- unmittelbar durch die Einstrahlung,- unmittelbar durch die Einstrahlung,- indirekt durch den sensiblen Wärmestrom oder- indirekt durch den sensiblen Wärmestrom oder- noch langsamer durch den latenten Wärmestrom- noch langsamer durch den latenten Wärmestrom

• WärmezufuhrWärmezufuhr

• ungesättigte Luftungesättigte Luft - Dampfdruck (e) < Sättigungsdampfdruck (E)Dampfdruck (e) < Sättigungsdampfdruck (E) ! E ist umso größer, je wärmer es ist !! E ist umso größer, je wärmer es ist !

Unter der Prämisse eines ausreichenden Wärmestroms definiert ausschließlich Unter der Prämisse eines ausreichenden Wärmestroms definiert ausschließlich das Sättigungsdefizit die Intensität (Volumen/Zeit) der Verdunstung;das Sättigungsdefizit die Intensität (Volumen/Zeit) der Verdunstung;

Bsp.:Bsp.: eine Wasserpfütze verdunstet in der Wüste viel schneller als in den Tropen,eine Wasserpfütze verdunstet in der Wüste viel schneller als in den Tropen,da die Luft wesentlich trockener ist!da die Luft wesentlich trockener ist!In den Tropen ist der Sättigungsdampfdruck schneller erreicht, d.h. es In den Tropen ist der Sättigungsdampfdruck schneller erreicht, d.h. es regnet mehr als verdunsten kann (ansonsten würde es am Äquator ja regnet mehr als verdunsten kann (ansonsten würde es am Äquator ja ununterbrochen regnen!) ununterbrochen regnen!)

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LuftfeuchteLuftfeuchteNoch was wichtiges zur Luftfeuchte!Noch was wichtiges zur Luftfeuchte!

AdiabatikAdiabatik = vertikale Luftbewegung = vertikale Luftbewegung

meint hier jedoch meint hier jedoch nicht Konvektionnicht Konvektion,,also der Luftmassenaufstieg durch Einstrahlung,also der Luftmassenaufstieg durch Einstrahlung,

sondern sondern orographischeorographische und und advektiveadvektiveHebungs-/ SenkungsprozesseHebungs-/ Senkungsprozesse)!)!

Orographische Luftmassenhebung durch Hindernis Orographische Luftmassenhebung durch Hindernis (Gebirge = Orogen)(Gebirge = Orogen)

Advektive Luftmassenhebung durch Aufgleiten Advektive Luftmassenhebung durch Aufgleiten relativ „kalter“ Luft auf relativ „kalte“ Luftrelativ „kalter“ Luft auf relativ „kalte“ Luft

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LuftfeuchteLuftfeuchteNoch was wichtiges zur Luftfeuchte!Noch was wichtiges zur Luftfeuchte!

trockenadiabatischetrockenadiabatische Bewegung Bewegung

feuchtadiabatischefeuchtadiabatische Bewegung Bewegung

= trockene Luft= trockene Luft

= feuchte Luft= feuchte Luft

Luft wird gehobenLuft wird gehoben Druck nimmt mit der Höhe abDruck nimmt mit der Höhe ab Reibungsenergie der Luftteilchen sinkt (Luft hat mehr Platz)Reibungsenergie der Luftteilchen sinkt (Luft hat mehr Platz) TemperaturabsenkungTemperaturabsenkung ! ! Aber:Aber: e < Ee < E !!

ca. - 1°C/100mca. - 1°C/100m

Luft wird gehobenLuft wird gehoben Druck nimmt mit der Höhe abDruck nimmt mit der Höhe ab Reibungsenergie der Luftteilchen sinkt (Luft hat mehr Platz)Reibungsenergie der Luftteilchen sinkt (Luft hat mehr Platz) TemperaturabsenkungTemperaturabsenkung Sättigungsdampfdruck wird erreicht, da Sättigungsdampfdruck wird erreicht, da e = Ee = E Kondensation tritt einKondensation tritt ein KondensationswärmeKondensationswärme wird frei wird frei Überlagerung der höhenabhängigen Abkühlung und der KondensationswärmeÜberlagerung der höhenabhängigen Abkühlung und der Kondensationswärme

ca. – 0,6°C/100mca. – 0,6°C/100mWas uns das brin

gt???

Was uns das bringt???

Das haben wir bereits beim Thema

Das haben wir bereits beim Thema

Wind gesehen

Wind gesehen

(Föhn)!(Föhn)!

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LuftfeuchteLuftfeuchte

Transpiration:Transpiration: biotische Verdunstungbiotische VerdunstungEvaporation:Evaporation: abiotische Verdunstungabiotische VerdunstungInterzeption:Interzeption: abiotische Verdunstung auf biotischen Flächenabiotische Verdunstung auf biotischen Flächen

VerdunstungVerdunstung

NiederschlagNiederschlag

Dauer & Intensität:Dauer & Intensität: z.B. Schauer, Landregen, … z.B. Schauer, Landregen, …Lokale Rahmenbedingungen:Lokale Rahmenbedingungen: Freiland-, Bestandsniederschlag,… Freiland-, Bestandsniederschlag,…

AbflussAbfluss

Oberflächenabfluss:Oberflächenabfluss: Gerinneabfluss GerinneabflussVersickerung:Versickerung: Infiltration, Perkolation (Versickerung), Feldkapazität, Infiltration, Perkolation (Versickerung), Feldkapazität,

kapillarer Aufstieg, Sättigung; Grundwasserneubildung kapillarer Aufstieg, Sättigung; GrundwasserneubildungZwischenabfluss:Zwischenabfluss: oberflächennaher Abfluss oberflächennaher Abfluss Basisabfluss:Basisabfluss: Grundwasser Grundwasser

EvapotranspirationEvapotranspiration (=globale Verdunstung)(=globale Verdunstung)

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LuftfeuchteLuftfeuchte

Globaler WasserhaushaltGlobaler Wasserhaushalt

WasserbilanzWasserbilanz(global)(global):: VerdunstungVerdunstung NiederschlagNiederschlag==

UmschlagrateUmschlagrate(Wasser)(Wasser) = ~9,6 Tage = ~9,6 Tage

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LuftfeuchteLuftfeuchte

Wasserhaushalt über MeerWasserhaushalt über Meer

WasserbilanzWasserbilanz(Meer)(Meer):: VerdunstungVerdunstung NiederschlagNiederschlag== ++ AbflussAbfluss

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LuftfeuchteLuftfeuchte

Ernergiebilanz über LandErnergiebilanz über Land

WasserbilanzWasserbilanz(Meer)(Meer):: VerdunstungVerdunstung NiederschlagNiederschlag== -- AbflussAbfluss

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LuftfeuchteLuftfeuchte

Wasserhaushalt über MeerWasserhaushalt über Meer

++++

++

KondensationKondensation(= Energiefreigabe)(= Energiefreigabe)

gasförmiggasförmig(= energetisch hochwertig(= energetisch hochwertig

[latente Wärme])[latente Wärme])

flüssigflüssig(= energetisch geringwertig)(= energetisch geringwertig)

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LuftfeuchteLuftfeuchte

WasserbilanzWasserbilanz(global)(global)

VerdunstungVerdunstung NiederschlagNiederschlag== ++ AbflussAbfluss ++ (( ) )VerbrauchVerbrauchRücklageRücklage --

RücklageRücklage

VerbrauchVerbrauch

= zeitweiliger Wasserentzug aus dem System durch:= zeitweiliger Wasserentzug aus dem System durch: Fixierung des Wassers in Eis und Schnee;Fixierung des Wassers in Eis und Schnee; Speicherkaskaden des Bodenwassers (Haftwasser);Speicherkaskaden des Bodenwassers (Haftwasser); Verweildauer des Wassers im Grundwasserspeicher;Verweildauer des Wassers im Grundwasserspeicher; anthropogener Wasserentzug (Retention, Trinkwasser,…);anthropogener Wasserentzug (Retention, Trinkwasser,…);

= Wasserfreigabe in das System aus den o.g. „Speichern“;= Wasserfreigabe in das System aus den o.g. „Speichern“;

Zeitlicher AspektZeitlicher Aspekt

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LuftfeuchteLuftfeuchte

Nur bei einer globalen Betrachtung ist der Wasserkreislauf als ein Nur bei einer globalen Betrachtung ist der Wasserkreislauf als ein geschlossenes Systemgeschlossenes System zu betrachten! zu betrachten!

(Input + Output = 0)(Input + Output = 0)

Alle Teilkreisläufe stellen Alle Teilkreisläufe stellen offene Systeme offene Systeme dar!dar!……obgleich sie für sich betrachtet durchaus bilanzierbar sind,obgleich sie für sich betrachtet durchaus bilanzierbar sind,d.h. sie lassen sich aufgrund der ihnen obliegenden kausalend.h. sie lassen sich aufgrund der ihnen obliegenden kausalen

Zusammenhänge in einer Zustandsgleichung ausdrücken Zusammenhänge in einer Zustandsgleichung ausdrücken

(Input + Output = $WERT$), (Input + Output = $WERT$),

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LuftfeuchteLuftfeuchte

ZeitZeit

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LuftfeuchteLuftfeuchte