Klimatologie II Wind / Luftfeuchtigkeit / Wetter

Klimaelement 2: Luftdruck und Wind

Repetition Drucksysteme

• Werden durch unterschiedliche Erwärmung der Erdoberfläche verursacht.

• Winde fliessen immer von einem Gebiet mit höherem Luftdruck zu einem Gebiet mit tieferem Luftdruck.

• Winde fliessen also immer vom Hochdruckgebiet zum Tiefdruckgebiet.

Klimaelement 2: Luftdruck und Wind

Repetition Ablenkung der Winde

• Corioliseffekt: Ablenkung der Winde auf der Nordhalbkugel nach rechts.

• Südhalbkugel nach links. Luftpaket vom Äquator Richtung Norden:

• Luftpaket am Äquator (hohe Rotationsgeschwindigkeit).

• Hat Geschwindigkeit vom Äquator.

• Ist als der Boden.

→Wird nach rechts abgelenkt.

Klimaelement 2: Luftdruck und Wind

Lokale Windsysteme

Seewind/Landwind

System kehrt sich Nachts um → Landwind

Unterscheidung

Bodenhoch/tief

Höhenhoch/tief

Klimaelement 2: Luftdruck und Wind

Lokale Windsysteme

Seewind am Tag

Klimaelement 2: Luftdruck und Wind

Lokale Windsysteme

Landwind in der Nacht

Winde werden immer nach Herkunft bezeichnet!

Woher kommt der Wind? Aus Norden →Nordwind!

Klimaelement 2: Luftdruck und Wind

Lokale Windsysteme

Talwind am Tag

System funktioniert für einzelne Berge sowie für ganze Täler!

Klimaelement 2: Luftdruck und Wind

Lokale Windsysteme

Bergwind in der Nacht

System funktioniert für einzelne Berge sowie für ganze Täler!

Lokale Windsysteme

Klimaelement 2: Luftdruck und Wind

Hoch- und Tiefdruck

Druckgebiete THERMISCH

Klimaelement 2: Luftdruck und Wind

Dynamisch: aufeinandertreffen (Konvergenz) von warmen und kalten Luftmassen in der Höhe

→Luft aus Jetstream wird Richtung Erdoberfläche gedrückt Auseinanderfliessen von Luft in der Höhe (Divergenz)

→Sog der Luft von Erdoberfläche in die Höhe

Planetarische Druck- und

Windsysteme

Windrichtung und Hoch- und Tiefdruckgebiete

Nordhalbkugel: Luft strömt im Uhrzeigersinn aus dem Hoch (Antizyklone)

Planetarische Druck- und Windsysteme: Urmodell

Unter der atmosphärischenoder planetarischen Zirkulation versteht man alle grossräumigen Luftbewegungen in der Atmosphäre.

Urmodell: Äquator wärmer als Pole

→thermische bedingte Winde

Planetarische Druck- und Windsysteme

Grosse Pfeile zeigen Luftbewegungen am Boden

Planetarische Druck- und Windsysteme

Hadley-Zelle (Passatsystem)

• (Passatsystem) Luft erwärmt sich am Äquator und bewegt sich in der Höhe Richtung Norden und Süden

• Luft kühlt sich ab und sinkt bei 30°Breite wieder ab

• Luft strömt am Boden zum Äquator zurück und steigt dort wieder auf

• Zirkulationszelle zwischen dem Äquator und 30° Breite

Luft fliesst in Bodennähe zurück zum Äquator und wird dabei nach Westen abgelenkt

→ Passatwinde (NO-Passat / SO-Passat)

Planetarische Druck- und Windsysteme

Aufeinandertreffen der Passatwinde am Äquator:

Innertropische Konvergenzzone (ITC)

(ITC für Inter Tropic Convergence oder ITCZ für Inter-Tropical Convergence Zone)

→Äquatoriale Tiefdruckrinne

Entstehung von Wolken

• Luft wird erwärmt und steigt auf

• Luft kühlt sich in der Höhe wieder ab

• Kalte Luft kann weniger Wasserdampf halten als warme!

• Kondensation: Der Wasserdampf wird zu Wassertropfen und lagert sich an winzige Schmutz- oder Staubpartikel (Aerosole) an →Wolken

• Sehr leichte Wassertröpfchen oder Eiskristalle in der Luft = Wolken

Planetarische Druck- und Windsysteme

Hadley-Zelle

Beim Aufsteigen kühlt die Luft ab, der in ihr enthaltene Wasserdampf kondensiert, es bilden sich Wolken und es regnet sehr stark. In der Absinkzone bei 30°Breite geschieht das Gegenteil: Die Luft erwärmt sich, und die Luftfeuchtigkeit verdunstet. Die Folge sind grosse Wüstengebiete in diesen Breiten wie z.B. die Sahara (sog. Wendekreiswüsten)

Planetarische Druck- und Windsysteme

Polare-Zelle

• Luftmassen kühlen sich an Polen ab und sinken ab

→ Polarhoch

• Luft strömt am Boden von Polen weg

• Erwärmt sich an subpolarer Tiefdruckrinne wieder und steigt wieder auf (60°)

• Bodennahe Winde: vom Pol weg nach S / N Ablenkung nach Westen, nach rechts (Nordhalbkugel) bzw. links (Südhalbkugel)

→polare Ostwinde

Planetarische Druck- und Windsysteme

Ferrel-Zelle

Polarfront

• Bei 60°Breite steigt Luft auf, bei 30°Breite sinkt Luft ab →dazwischen Zirkulationszelle

• Bodennahe Luft: polwärts

• Luft in der Höhe: Richtung Äquator

• Ablenkung der Bodennahen Luft nach rechts (Nordhalbkugel) bzw. links (Südhalbkugel)

→Westwinde

Polarfront

• Grenze zwischen kalten polaren Ostwinden und warmen Westwinden (60° -70°Breite)

• Hier entstehen Tiefdruckgebiete, die unser Wetter bestimmen

Planetarische Druck- und Windsysteme

Jetstream

• Westwind-Höhenströmungen, Geschwindigkeiten über 300 km/h

• Entstehen durch grosse Druckunterschiede an der Obergrenze der Hadley-, Ferrel- und Polarzelle

• Polarfrontjet: zwischen Polarer Zelle und Ferrel-Zelle in rund 10 km Höhe

• Subtropenjet: zwischen Ferrel-Zelle und Hadley-Zelle in rund 12 km Höhe

• In Höhe von 10–12 Kilometern besteht aufgrund der unterschiedlich erwärmten Luftmassen ein grosser Druckunterschied

→Ausgleich durch polwärts gerichtete Luftmassenströmungen

→Luftmassen an der Tropopause fliessen von den wärmeren zu den kälteren Luftmassen hinunter

→Corioliseffekt lenkt diese polwärts gerichteten Ausgleichsströmungen als Westwind-Höhenströmungen ab

Wichtig für Luftfahrt!

Verschiebung planetarischer Drucksysteme

Winter Nordhalbkugel:

Zenitstand der Sonne auf Südhalbkugel

→dieser Teil der Erde bekommt am meisten Energie/Wärme

→Tiefdruckgebiet der ICTZ verschiebt sich gegen Süden

→keine gerade Linie→Kontinente vs. Ozeane und Einfluss von Gebirgen

Verschiebung planetarischer Drucksysteme

Sommer Nordhalbkugel:

Sommer Nordhalbkugel: Zenitstand der Sonne auf Nordhalbkugel

→dieser Teil der Erde bekommt am meisten Energie/Wärme

→Tiefdruckgebiet der ITCZ verschiebt sich gegen Norden

Verschiebung planetarischer Drucksysteme

Verschiebung planetarischer Windsysteme: Monsun

Sommer:

ITCZ über Indien →Tiefdruckgebiet

Hochdruckgebiet über indischem Ozean

→ Feuchte Luft vom Ozean kommt nach Indien (Südwest-Monsun)

→ Regnet über Kontinent aus

Monsun bedeutet nicht immer Regen sondern Wechsel der Windrichtung und Bedingungen!

Verschiebung planetarischer Windsysteme: Monsun

Winter:

ITCZ im Süden →Tiefdruckgebiet Hochdruckgebiet über Nordasien

→Trockene Luft vom Kontinent (Nordost-Monsun)

Monsun bedeutet nicht immer Regen sondern Wechsel der Windrichtung und Bedingungen!

Dynamische Tiefdruckgebiete

Typische Entstehung und Verlauf von … (Zyklonen)

• Polarfrontjet: Luft steigt auf, Tief an Erdoberfläche →kalte Luft aus N fliesst nach.

• Ablenkung nach rechts →Luft fliesst im Gegenuhrzeigersinn ums Tief →Kaltfront westlich des Tiefs; warme Luft fliesst östlich nach

→Warmfront östlich des Tiefs

• Warmfront: warme stösstauf kalte Luft, steigt auf, kühlt sich ab →lang anhaltende Niederschläge. Luftdruck sinkt. Temperatur nach Warmfront höher.

• Kaltfront: kalte Luft stösstauf warme Luft, stösst weniger dichte warme Luft in die Höhe → Abkühlung und starke Niederschläge und evt. Gewitter.

• Nach Kaltfront: tiefere Temperaturen, eher wolkenlos

• Tiefdruckgebiete →schlechtes Wetter

• Hochdruckgebiete →schöneres Wetter

Dynamische Tiefdruckgebiete

Spezielle Winde: Föhn

Föhn

• Fallwind, der ein Gebirge überquert hat

• Trocken und warm

Spezielle Winde: Föhn

Adiabatische Temperaturveränderung:

Adiabatische Temperaturveränderung:

Ohne Zu- oder Wegführen von Wärme, nur aufgrund von Druckveränderungen

• Absinkende Luft → Kompression, Föhnluftwird beim Absinken von den Alpen nur durch die Kompression erwärmt →adiabatische Erwärmung

• Aufsteigende Luft → Dekompression

→adiabatische Abkühlung

Spezielle Winde: Föhn

Adiabatische Temperaturveränderung:

Ohne Zu- oder Wegführen von Wärme, nur aufgrund von Druckveränderungen

• Absinkende Luft →es kommt zur Kompression, Föhnluft wird beim Absinken von den Alpen nur durch die Kompression erwärmt → adiabatische Erwärmung

• Aufsteigende Luft →es kommt zur Dekompression → adiabatische Abkühlung

Spezielle Winde: Föhn

Thermodynamische Föhntheorie

• Luft von Tief auf Alpensüdseite zu Hoch auf Alpennordseite →kühlt sich ab →Regen

• Absinken auf Leeseite des Gebirges →Erwärmung →Wolken lösen sich auf

• Luft auf Leeseite wärmer als auf Luvseite

• Grund: trocken adiabatischer Temperaturgradient: 1°C/100m feucht adiabatischer Temperaturgradient: 0.5°C/100m

Spezielle Winde: Föhn

Hydraulisches Föhnmodell

• Kaltluft staut sich auf Luvseite, bleibt dort liegen

• Warme Luft in der Höhe fliesst über diesen Kaltluftsee und auf der Leeseite hinunter und erwärmt sich dabei stärker

• Situation ohne Niederschlag, die es in der Realität oft gibt!

Spezielle Winde: Föhn

Föhnfische

Spezielle Winde: Wirbelwinde

Hurrikan, Taifun, Zyklone: tropische Wirbelstürme

Tornados: aussertropischer Wirbelsturm

Spezielle Winde: Wirbelwinde

Klimaelement 4: Luftfeuchtigkeit

Verdunstung und Kondensation

Absolute … : Absolute Menge Wasserdampf in der Luft

Sättigungsmenge: Maximale Menge Wasserdampf in der Luft

Taupunkt: Temperatur, bei der abkühlende Luft gesättigt ist

Relative … : Absolute Luftfeuchtigkeit in Prozent der Sättigungsmenge

Phasenumwandlung von Wasser

Wettererfassung: Wie wird das Wetter gemessen?

anhand:

- Sonneneinstrahlung

- Lufttemperatur

- Luftdruck

- Wind

- Luftfeuchtigkeit

- Niederschlag

Die Wettererfassung in der Schweiz ist eingebunden in ein internationales Netz an Messdaten. Das synoptische Netz (grossräumigeWetterbeobachtung) umfasst in der CH über 50 Messstationen, die meist automatisch Daten überliefern. Einige Daten wie z.B. Schneehöhe können nicht automatisch abgelesen werden.

Handelsschiffe, Verkehrsflugzeuge und Bohrplattformen sind verpflichtet, Wetterdaten zu sammeln

Wettererfassung: Wie wird das Wetter gemessen?

Radiosonden liefern Messdaten aus Atmosphäre (ca. 30km Höhe)

→Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit sowie Windrichtung und Windgeschwindigkeit

Wettererfassung: Wie wird das Wetter gemessen?

Geostationäre Satelliten

• 36'000km hoch über Äquator (immer an gleichem Ort über dem Äquator)

• Messen v.a. das sichtbare Licht und IR, das von der Erde reflektiert / abgestrahlt wird

• Wolkenbilder halbstündlich

• Einblick in das bald eintretende Wetter