Fragen und
Antworten – Klimatologie
Siehe Auch: Klimatologie
- Begriffe.xlsx
Wie entsteht ein Gewitter?
Gewitter = die von Blitz und Donner und in
der zweiten Phase von kurzen Starkregen begleitete luftelektrische Entladung in
Haufenwolken mit großer Vertikalerstreckung.
Entsteht durch starke konvektive
Umlagerungen erwärmter Luft, in der Wasserdampf in großem Umfang kondensiert.
Starke Vertikalströmungen lassen die Wolke bis gegen 10.000 m hoch wachsen,
woraus eine Vereisung der oberen Schicht resultiert, mit welcher die Entstehung
der Ladungsdifferenzen, die durch den massenhaften Tropfenfall noch verstärkt
werden, zusammenhängt. Am häufigsten treten die durch das Aufsteigen erhitzter
Luft entstehenden Wärmegewitter in Erscheinung. Von der Jahreszeit weniger
abhängig und meist weniger ausgeprägt sind die Frontgewitter, welche an der
Einbruchsfront von Kaltluftmassen entstehen.
3 nötige Fakoren:
Hinreichend große labile Schichtung der
Atmosphäre (>0,65°C pro 100 m)
Feuchte in der bodennahen Luftschicht
Hebung
Durch die stark labile Schichtung steigt
ein Luftpaket auf und kühlt sich um 0,65°C / 100 m ab. Durch die frei werdende
Kondensationswärme kühlt es weniger schnell ab als die umgebende Luft. Dadurch
ist es wärmer und leichter als die Umgebungsluft à ein Auftrieb wird
erzeugt. Für die Hebung sind gewisse Prozesse verantwortlich, z.B. die Wind-
und Luftdruckverhältnisse, die Topographie oder die Luftschichtung. Die
Bewegungsenergie, die ein Luftpaket bei seinem Aufstieg erhält, wird auch als
Labilitätsenergie bezeichnet. Durch die Trägheit kann die Wolke über das
Gleichgewichtsniveau (gleiche Dichte wie die Umgebungsluft) hinausschießen. Die
Aufwinde können so stark sein, dass sie fallende Regentropfen nach oben tragen.
Diese können weiter oben gefrieren. Sind die Aufwinde sehr stark, kann sich
dies oftmals wiederholen, bis die Graupel oder Hagelkörner so schwer sind, dass
sie nicht mehr gehalten werden können von der Luft. Je größer die
Labilitätsenergie, desto größer die Wahrscheinlichkeit für Hagel.
Ist die Windscherung groß, kann sie eine
entstehende Gewitterzelle zerstören.
Beginnt Niederschlag zu fallen, entstehen
auch Abwinde, die kalte Luft aus höheren Schichten nach unten transportieren. Langsam
setzt Niederschlag am Boden ein. Durch die Abkühlung wird der Auftrieb
verlangsamt und die Aufwinde werden schwächer. Die Zelle regnet sich aus.
Unterschieden werden Luft
Wie entsteht Hagel?
Hagel = fester NS aus Körnern von mehr als
5 mm Durchmesser, welche aus einem Kern zusammengeballter Eiskristalle und
mehreren schalenförmigen Eismantelschichten bestehen. H.-Körner entstehen in
mehreren Phasen durch schlagartiges Gefrieren angelagerter Wassertröpfchen. Sie
müssen also durch mehrere Wolkenpartien fallen, in denen Wasserdampf in großem
Umfang kondensiert, was z.B. besonders bei den hochaufragenden, von starken
Aufwinden geprägten Gewitterwolken der Fall ist.
Siehe Gewitter
Wann tritt Sublimation von Schnee auf?
Wie kennzeichnet sich eine stabile /
labile Schichtung in der Atmosphäre?
In einer labilen Schichtung kann Luft
aufsteigen und es können sich Konvektionswolken bilden. In einer stabilen
Schichtung wird die Wolkenbildung unterdrückt sofern keine starke Horizontalströmung
vorhanden ist. Ansonsten bilden sich Advektionswolken. Eine besondere stabile
Schichtung ist die Temperaturinversion, dabei nimmt mit der Höhe die Temperatur
zu. Durch solche Inversionen bilden sich Nebel- und Dunstschichten.
Stabile Schichtung: Eine bewegte Luftmasse kühlt sich zuerst trockenadiabatisch (1°C je 100
m) und über dem Kondensationsniveau feuchtadiabtisch (½°C je 100 m) ab. Wenn
sich aber die Luft der Umgebung mit der Höhe geringer abkühlt, dann gibt es
einen Punkt, an dem die Temperatur des transportierten Luftpaketes
(Adiabate) niedriger ist als in der Umgebung (Zustandskurve). Das
Luftpaket ist nun also kälter als seine Umgebung. Kalte Luft hat eine höhere
Dichte als warme Luft, sie ist daher schwerer. Aufgrund ihres größeren
Gewichtes kann kalte Luft in warmer Luft nicht weiter aufsteigen bzw. wird ihr
Aufstieg erst einmal gebremst.
Labile Schichtung: Die Umgebung kühlt sich schneller als das Luftpaket ab. Die Umgebungstemperatur
ist also niedriger als die Temperatur des Luftpakets. Diese relativ
warme Luft des Luftpakets wird, aufgrund ihrer geringeren Dichte gegenüber der
kälteren Luft, angehoben. Das Luftpaket wird bei seinem Aufstieg also nicht
gehindert. Luft also, die imstande ist, bei Kondensation weiter aufzusteigen,
wird als labile Luftmasse bezeichnet.
Was ist ein Kaltlufttropfen?
Wird auch als Höhentief bezeichnet. Ist ein
Kaltluftvorstoß, der sich aus der polaren Luftmasse gelöst hat. Kann
unterschiedlich groß sein (bis 1500 km). Am Boden als hoher Druck, aber dennoch
schlechtes Wetter erkennbar.
Was ist eine Inversion und welche Typen
unterscheidet man?
I. ist eine besonders stabile Schichtung. Die
Temperatur nimmt mit der Höhe zu. Warmluft liegt über Kaltluft. Kaltluft ist
aber schwerer, deshalb findet zwischen den Schichten kein Austausch statt.
Absinkinversion: Bei hohem Luftdruck sinkt die Luft ab und erwärmt sich dabei. Sie
lagert sich über die kühlere Luft am Boden. Deshalb sind Hochdruckwetterlagen
im Winter immer mit Nebel oder Hochnebel verbunden. Eine Absinkinversion ist auch die Passatinversion.
Abgleitinversion: Wenn Luft abgleitet,
bildet sich eine Inversion in meist höheren Schichten. Diese Inversion gibt es beispielsweise bei Föhn, wenn die Luft
vom Gebirge abgleitet. Dabei bilden sich die Altocumulus lenticularis-Wolken
("Föhnfische", Föhnwolken).
Bodeninversion: Wenn der Boden schnell abkühlt (durch starke Wärmeausstrahlung der
Erdoberfläche), entsteht eine bodennahe Inversion. Diese kommt häufig bei
klarem Himmel im Winter vor.
Was ist der Sättigungsdampfdruck und was
bedeutet der Wert 6,11 hPa in diesem Zusammenhang?
Der Sättigungsdampfdruck eines Reinstoffes
bei gegebener Temperatur ist der Druck, der im Gleichgewicht in einer ansonsten
leeren Kammer über der flüssigen Phase entsteht. In diesem Zustand ist die Verdampfung bzw. Sublimation der Flüssigkeit bzw. des Feststoffes mengenmäßig
gleich der Kondensation
bzw. Resublimation des
Gases. Keine der Phasen wächst unter dem Strich auf Kosten der Anderen, wodurch
beide nebeneinander stabil existieren können. Bei einer Temperatur- oder
Volumenänderung verdampft oder kondensiert so viel des Stoffes, bis im
Gleichgewicht der Druck wieder den Sättigungsdampfdruck erreicht.
Der Wasserdampfdruck bei einer gegebenen
Temperatur kann einen jeweiligen Höchstwert nicht überschreiten, dieser
Höchstwert ist der Sättigungsdampfdruck.
Was ist der Tripelpunkt und was der
Kritische Punkt?
Ist der thermodynamischer Zustand eines Stoffes, der sich
durch Angleichen der Dichten
von flüssiger und Gasphase kennzeichnet. Die Unterschiede
zwischen beiden Aggregatzuständen
hören an diesem Punkt auf zu existieren.
Der Tripelpunkt (Dreiphasenpunkt) ist der
Punkt (beschrieben durch Druck und Temperatur), an dem drei Phasen eines
Stoffes im thermodynamischen Gleichgewicht sind. Das bedeutet zum Beispiel für
Wasser, dass Wasserdampf, flüssiges Wasser und Eis gleichzeitig vorkommen und
sich die Mengenverhältnisse der drei Phasen am Tripelpunkt nicht ändern. — Es
verdampft zwar immer – auch in diesem Zustand – etwas Eis zu Wasserdampf
(Sublimation) und Wasser zu Wasserdampf (Verdunstung), gleichzeitig schmilzt
auch Eis zu Wasser; auch die drei gegenläufigen Prozesse finden ständig im
geringen Umfang statt: Wasser gefriert, Wasserdampf kondensiert zu Wasser und
friert direkt als Eis aus. — Entscheidend ist, dass die Mengen von flüssigem
Wasser, Eis und Wasserdampf am Tripelpunkt gleich bleiben. Wird es kälter, sind
auch noch alle drei Phasen vorhanden, aber der Anteil des Eises wächst
kontinuierlich zu Lasten von Wasser und Wasserdampf. Wird es wärmer oder nimmt
der Druck ab, sind auch noch alle drei Phasen vorhanden, aber der Anteil des
Eises schwindet kontinuierlich zu Gunsten von Wasser und Wasserdampf. Der
Tripelpunkt des Wassers liegt nach dem
international akzeptierten Bestwert von Guildner, Johnson und Jones aus dem
Jahre 1976 bei 611,657 ( ± 0,010) Pa
(ca. 6 mbar)
und 273,16 K (0,01 °C).
Welche Niederschlagsarten gibt es?
Orographischer NS (durch Topographie
erzwungener Aufstieg der Luft)
Konvektiver NS (Luft steigt auf infolge von
Druckunterschieden in der Konvektionszelle und der Umgebung. Grund dafür ist
meist eine größere spezifische Wärmekapazität einer Oberfläche, wodurch die
darüber liegende Luft infolge von Sonneneinstrahlung erwärmt wird und
aufsteigt. )
Zyklonaler NS (in Gebieten der
Westwinddrift. Verschiedene Luftmassen mit unterschiedlichen Temperatur- und
Feuchteeigenschaften bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und
überholen einander, wodurch eine Luftmasse gezwungen ist, über die andere
aufzusteigen. Dies sind typische Ausgleichsbewegungen zwischen Hoch- und
Tiefdruckgebieten der Westwindzone.
Konvergenter NS (atmosphärische
Luftdruckgradienten zwingen Luftmassen zu einer Bewegung vom Hoch- zum
Tiefdruck. Treffen zwei Luftmassen unterschiedlicher Herkunft an einem Punkt
tiefen Drucks aufeinander (v.a. am Äquator) kommt es zum Stau und zum
Aufsteigen. )
Was sind und wie entstehen Graupel?
Ähnlich der Bildung von Hagel, allerdings
nicht so weit entwickelt. Eine noch „lightere“ Form von Graupel sind Griesel.
Welche sind die vier Klimatypen in den
Alpen?
Welche Strömungslagen / Großwetterlagen
gibt es in den Alpen? Welche davon sind wo vorherrschend? Gibt es
jahreszeitliche Unterschiede? Zusammenhang mit der globalen atmosphärischen
Zirkulation?
Strömungslagen und Großwetterlagen in
den Ostalpen?
Aufbau der Atmosphäre?
Die vertikale Untergliederung der
Atmosphäre kann nach verschiedenen Gesichtspunkten erfolgen:
Ionisierungsgrad
Temperatur
Durchmischung / Zusammensetzung
Reibung
Am gängigsten ist die Untergliederung
anhand der Temperatur:
Troposphäre (0 - 7/17 km) à Tropopause
Stratosphäre (7/17 – 50 km) à Stratopause
Mesosphäre (50 – 80 km) à Mesopause
Thermosphäre (80 – mehrere 100 km)
Exosphäre
Nach Ionisierung: Neutrosphäre, Ionosphäre,
Protonosphäre
Nach Zusammensetzung: Homosphäre (~100 km),
Heterosphäre
Nach Reibung: Peplosphäre (~1,5 km), freie
Atmosphäre
Wie funktioniert die globale
Luftzirkulation in der Atmosphäre?
Drei Hauptzellen: Hadley, Ferrel, Polar
Grundsätzlich wird der Äquator am stärksten
aufgeheizt, wodurch die Luftaufsteigt. Es bildet sich am Boden ein Tiefdruck,
weshalb Luft aus höheren Breiten herangesaugt werden muss. In der Höhe entsteht
ein Hoch und die Luft fließt polwärts. Bei etwa 30° Breite sinkt ein großer
Teil der Luft wieder ab (bodennah entsteht ein Hoch („Roßbreiten“), der dann
den Kreislauf zurück zum Äquator nimmt.
Ein ähnliches Rad ergibt sich in den
höheren Breiten, wo zwischen 30 und 60° Luft aufsteigt und in der Höhe polwärts
transportiert wird. Am Pol sinkt die Luft gezwungenermaßen ab, es entsteht
bodennah ein Hoch (Kältehoch). Am Boden wird die Luft wieder äquatorwärts
transportiert.
Etc.
Was ist dabei die Rolle der
Corioliskraft?
Durch die Kugelgestalt der Erde und die
Drehung um eine Achse ergeben sich Ablenkungseffekte für jede Bewegung, die auf
der Oberfläche stattfindet. Diese Ablenkung erfolgt immer senkrecht zur
Bewegungsrichtung, auf der Nordhemisphäre nach rechts, auf der Südhemisphäre
nach links. Der Grund dafür liegt in der Trägheit der Körper (z.B. Luftmassen)
gegenüber der Erde. Sie ist also eigentlich nur ein Effekt aufgrund der
Rotation, eine Scheinkraft.
Was ist ein Hurrikan, ein Taifun, eine
Trombe?
Diese Phänomene gehören zu den
Wirbelwindsystemen. Das sind horizontal rotierende Luftströmungen. Kleintromben
(Staubteufel) sind die kleinräumigsten mit einem horizontalen Durchmesser von
5-50 m und einer Vertikalerstreckung von 2-100 m. Sie existieren nur wenige
Minuten lang. Tornados (Großtromben, Wind- oder Wasserhosen über See) sind ein
schlauchartiges Unterdruckgebilde aus einer Cb-Wolke. Können sehr zerstörerisch
sein und einige Stunden existieren. Durchmesser: 100-300 m.
Hurrikan (Atlantik), Taifun (Pazifik) und Zyklon
(Indik) sind tropische Wirbelstürme. Sie leben einige Tage. Bedingungen sind
eine Wasseroberflächentemperatur von mindestens 26,5°C und eine nicht zu
geringe Corioliskraft (deshalb sind die innersten Tropen frei von solchen
Wirbelstürmen).
Wie kommt es zu Wolkenbildung?
Durch Kondensation von Wasserdampf aufgrund
von Überschreitung des Taupunktes. Beim Taupunkt ist die relative Feuchte der
Luft 100%, sie kann daher nicht mehr Wasserdampf aufnehmen. Die Überschreitung
des Taupunkts kann durch starke Zunahme von Wasserdampf in der Luft geschehen,
oder durch eine Abkühlung der Lufttemperatur. Eine Hebung der Luft (und dadurch
Abkühlung) kann durch thermische und dynamische Luftdruckunterschiede
einsetzen, durch orographische Hebung (Hindernis), durch zyklonale Hebung oder
durch Konvergenz (siehe NS). Durch Aufwinde fallen die Tröpfchen nicht sofort
herunter, sondern erst, wenn sie groß genug sind. Ab einer gewissen Größe
(1-2mm) fallen sie aber während des Fallvorgangs wieder auseinander. Meist
liegt dem auf die Erdoberfläche fallenden Regen aber Schnee bzw Eisnukleasition
zugrunde.
Was ist ein Genuatief, wie entsteht es und
welche Auswirkungen kann es auf das Wettergeschehen in den Alpen nehmen?
Wie beobachtet man welche Klimaelemente?
Lufttemperatur
Luftdruck
Luftfeuchte
Wind
Bewölkung
Niederschlag
Strahlung
Was versteht man unter einer
Leezyklogenese?
Es beschreibt die Bildung einer Zyklone im
Lee von Gebirgen. Wenn das Gebirge
Was sind Klimafaktoren?
Klimasteuerungsmechanismen.
Astronomische Klimafaktoren:
-
Länge von Tag und Nacht einschließlich der
jahreszeitlichen Variationen (solares Lichtangebot)
-
Mittlerer solarer Einstrahlungswinkel bzw
integrale solare Engergieflussdichte einschließlich jahreszeitlicher Variation
(solares Energieangebot)
-
Spektrale Charakteristika, z.B. UV-Anteil
Geographische Klimafaktoren:
-
Gegraphische Breite
-
Höher über MSL
-
Nähe / Entfernung zu Ozean
-
Nähe / Entfernung zu größeren Eisgebieten
-
Topographische Besonderheiten, z.B. Hangneigung,
Exposition, Muldenlage etc.
-
Mögliche Stadt bzw Industrie- bzw
Verkehrseffekte
Sie stehen in Zusammenhang mit der betrachteten
Größenordnung à Grenzflächenklima, Bestandsklima, Geländeklima, Stadtklima,
Zonenklima etc.
Was ist eine Zyklone / Antizyklone?
Zyklone = Tiefdruckgebiet, Antizyklone =
Hochdruckgebiet. Namensgebend ist die Bewegungsrichtung des Windes.
Was ist und wie entsteht ein
Tiefdruckgebiet?
Gebiet relativ geringen Drucks gegenüber
der Umgebung. Unterscheidung zwischen thermischem und dynamischem Tief. Luft
fließt generell vom hohen zum tiefen Druck. Sie wird auf der Nordhalbkugel
durch den Corioliseffekt nach rechts abgelenkt, deshalb resultiert im Tief eine
Drehung des Winds gegen den Uhrzeigersinn.
Was ist und wie entsteht ein
Hochdruckgebiet?
Siehe Tiefdruckgebiet.
Was ist eine Warmfront, Kaltfront,
Okklusion?
Es sind Wettererscheinungen im Zusammenhang
mit einem Tiefdruckgebiet. Warme Luftmassen gleiten auf die kalten auf und sind
daher langsamer. Durch diese Hebung kann es zur Bildung von Nimbostratuswolken
und daraus anhaltendem Regen kommen. Die Kaltfront dahinter ist schneller und
holt die Warmfront irgendwann ein – es kommt zur Okklusion.
Was ist der vierfache Formenwandel des
alpinen Klimas?
Planetarisch
West-östlich
Peripher-zentral
hypsometrisch
Häckel
Meteorologie
Kap Strahlung
Angenommen, der Erdboden und die Luft
hätten die gleiche Temperatur. Wie viel Prozent der Ausstrahlung des Erdbodens
erreicht dann (im Mittel) die atmosphärische Gegenstrahlung?
Erde strahlt 114 % der einkommenden
Strahlung aus, die atmosphärische Gegenstrahlung beträgt 95%.
Wo findet man die größte Tagessumme der
Sonnenstrahlungsenergie (gemessen an der Atmosphärenobergrenze): am Äquator
oder in den mittleren Breiten oder an den Polen?
An den Polen: die Mitternachtssonne führt
zu Strahlungswerten von über 13 kWh/(m²*d), gegenüber max. 10,5 kWh(m²*d) am
Äquator.
In welchem Wellenlängenbereich
reflektieren Pflanzenblätter am stärksten?
Im Infrarotbereich. Im sichtbaren Bereich
werden am besten die blauen und roten Anteile absorbiert, weil diese für die
photosynthetischen Prozesse am besten genützt werden können. Daher erscheinen
Blätter grün, weil im grünen Bereich am stärksten gestreut und transmittiert
wird.
Ordnen Sie die Oberflächen nach
steigender kurzwelliger Albedo: Dünensand, Neuschnee, tropischer Regenwald, Wasser bei Sonnenuntergang, landwirtschaftliche
Kulturen?
Landwirtschaftliche Kulturen – tropischer
Regenwald – Dünensand – Neuschnee - Wasser bei SU
Wann ist die langwellige Ausstrahlung
der Bodenoberfläche größer: am Tag oder in der Nacht?
Tagsüber, da der Boden da höhere
Temperaturen besitzt.
Was versteht man unter „Strahlungsbilanz
der Bodenoberfläche“?
Die Aufreihung der Strahlungsflüsse, die
Energie zum Boden hin und vom Boden weg transportieren. Hauptbestandteile sind
die kurzwellige Ein- und langwellige Ausstrahlung. Daneben ist allerdings noch
die langwellige atmosphärische Gegenstrahlung zu nennen. Starke Einflüsse sind
etwa Bewölkung sowie nächtlicher Wind.
Warum gehören zu einem Biergarten
stattliche Bäume?
Damit einerseits die langwellige
Gegenstrahlung nach Sonnenuntergang verstärkt wird und andererseits der Wind
die Wärme nicht wegtransportiert. Ah ja, und damit es untertags schattiger ist.
Man denke sich in einer geographischen
Breite von 50°N einen um 20° geneigten Nord- und einen um 20° geneigten
Südhang. Wie groß ist die direkte Sonnenstrahlung auf diese Hänge am 21. Juni,
am 21. März und am 23. September und am 21. Dezember jeweils um 12 Uhr (wahrer
Ortszeit) ? Die auf eine zur Strahlungsrichtung senkrechte Fläche fallende
direkte Sonnenstrahlung werde der Einfachheit halber mit 100% angesetzt.
Bei Winkelberechnung mit Lambert-Gesetz
Winkeleinheit rad benutzen!
Was versteht man unter
Strahlungsgleichgewicht zwischen Erde und Sonne? Wie kann man daraus den
Glashauseffekt der Atmosphäre abschätzen?
Bleibt die Energiezufuhr der Sonne über
längere Zeit konstant, passt sich die Ausstrahlung durch die Erde an, sodass es
ein Gleichgewicht zwischen Energie-Input und Energie-Output gibt. Berechnet man
Einstrahlung der Sonne und Ausstrahlung der Erde ohne die Atmosphäre zu
berücksichtigen, betrüge die Oberflächentemperatur der Erde -18°C. Dadurch
aber, dass Wasserdampf und andere Gase die Ausstrahlung zum Teil absorbieren
und teilweise wieder zur Erdoberfläche zurückstrahlen, liegt die tatsächliche
Temperatur bei -15°C.
Kap Atmosphäre
Welche Temperaturschichtung stellt sich
beim großflächigen Absinken einer Luftschicht in der Atmosphäre ein?
Absinkinversion. Grund ist die Kompression
und dadurch längere Strecke und stärkere Abkühlung der oberen Bereiche dieser
Luftschicht.
Wann gibt es überadiabatische
Temperaturschichtungen?
Vorrücken einer Kaltfront: unter der
Kaltfront. Darüber ebenfalls, weil Warmluft schnell stark gehoben wird und
dadurch expandiert und sich in den oberen Bereichen stärker abkühlt als in den
unteren (s. Absinkinversion).
In welcher Form breiten sich
Luftinhaltsstoffe in einer Inversion aus?
Rein horizontale Ausbreitung. Fächerförmig
in Richtung des Windes.
Wie kam der Sauerstoff in die Atmosphäre?
Warum nimmt der Luftdruck mit der Höhe ab
und warum in exponentieller Form?
Nimmt ab, da immer weniger Luft auf der
jeweiligen Fläche lastet. Masse der Luft nimmt nach unten zu, damit auch die
Dichte. Ist möglich, da Gase komprimierbar sind.
Warum nimmt die Lufttemperatur mit der Höhe
ab?
Zwei Gründe. Erstens: mit Abnahme des
Luftdrucks erhöhen sich die Abstände zwischen Molekülen, und um diese größeren
Abstände aufrecht erhalten zu können, wird Energie benötigt, die aus dem
Wärmevorrat des Mediums stammt. Zweitens: Erwärmung ist am Erdboden am
stärksten, da hier die langwellige Rückstrahlung sowie die Reflektion vom Boden
am größten sind.
Wie stellt man sich die Bildung von Ozon in
der Atmosphäre vor?
Photodissoziation (Trennung des
atmosphärischen Sauerstoffs) durch UV-Strahlung. Einzelne Atome reagieren mit
Hilfe von Stoßpartnern mit O2-Molekülen in einer exothermen (Wärme erzeugenden)
Reaktion.
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