Home About us Products Services Contact us Bookmark
:: wikimiki.org ::
Antizyklon

Antizyklon

in Abhängkeit von der Höhe.]] Als Hochdruckgebiet, auch Antizyklone (Einzahl), bezeichnet man Gebiete, welche horizontal durch einen höheren Luftdruck als in ihrer Umgebung gekennzeichnet sind. In einem Hochdruckgebiet sinken Luftmassen großräumig ab. Dabei erwärmt sich die Luft adiabatisch, so dass keine Kondensation und mithin Wolkenbildung stattfinden kann. In Bodennähe strömt die Luft aus dem Hochdruckgebiet in Richtung Tiefdruckgebiete hinaus - sie divergiert. Es gibt daher im Hoch keine Fronten. Auf der Nordhalbkugel umströmt der Wind ein Hoch im Uhrzeigersinn, also im mathematisch negativen Drehsinn, auf der Südhalbkugel entsprechend umgekehrt. Der Drehsinn wird durch die auftretende Corioliskraft bestimmt, die eine sich bewegende Luftmasse auf der Nordhalbkugel in Bewegungsrichtung nach rechts ablenkt und auf der Südhalbkugel entsprechend in Bewegungsrichtung nach links, wobei die Stärke dieser Ablenkung vom Äquator zu den Polen zunimmt und von der Windgeschwindigkeit abhängt. Ein Kältehoch entsteht, wenn sich Luft beispielsweise über einer kühlen Landmasse abkühlt. Die Luft hat dann eine größere Dichte und übt einen höheren Druck auf die Unterlage aus. Ein dynamisches Hoch wird durch die Rossby-Wellen (Polarfrontjetstream) erzeugt. Großen Einfluß auf das Wetter Mitteleuropas übt hierbei das dynamische Azorenhoch aus. Ein Höhenhoch ist ein Hochdruckgebiet, das in großen Höhen auftritt und daher in Höhenwetterkarten dargestellt wird. Es ist immer mit einem Bodentief verbunden, da bei der Erwämung von Oberflächen der vertikale Druckgradient abgesenkt wird und sich die relative Luftdruckerniedrigung am Boden mit zunehmder Höhe in einem relativ zur horizontalen Umgebung höheren Druck widerspiegelt. Man kann daher im umgekehrten Fall auch aus einem Bodenhoch (auch thermisches Hoch) ein Höhentief ableiten.

Namensvergabe

Seit 1954 werden die Namen für Hoch- und Tiefdruckgebiete, die das Wetter in Europa beeinflussen, vom Meteorologischen Institut der Freien Universität Berlin vergeben. Seit 1998 erfolgt die Namensvergabe in jährlich wechselndem Turnus: In geraden Jahren erhalten die Hochdruckgebiete männliche und die Tiefdruckgebiete weibliche Vornamen, in ungeraden Jahren ist dies umgekehrt. Mit der Ende 2002 ins Leben gerufenen „Aktion Wetterpate“ (siehe Weblink) kann man eine Patenschaft für Druckgebilde übernehmen. Der Pate kann dann den Namen bestimmen, auf den das Tief oder Hoch von der Universität getauft werden soll, und erhält ausführliches Material wie Wetterkarten, Urkunden und die „Lebensgeschichte“ des Druckgebildes. Siehe auch: Winde und Windsysteme, Wind und Luftdruckgürtel

Weblinks


- [http://www.wetterpate.de Aktion Wetterpate] Kategorie:Meteorologie

Horizontale

Die Horizontale, auch Waagrechte ist eine gedachte Ebene senkrecht zur Lotrechten. Die Waagrechte ist eine relative Aussage, die sich immer auf die Lotrechte (Vertikale) bezieht. Für kleine Strecken z.B. Körperkanten bis zu mehreren Metern ist die tatsächliche Krümmung der Horizontalen vernachlässigbar. Absolut ist die Horizontale aber eine Kugeloberfläche, was bei der Betrachtung längerer Strecken auch beachtet werden muss. Siehe auch: Wörterbucheintrag Horizontal, Vertikale Kategorie:Geometrie

Luft

Luft bezeichnet das Gasgemisch der Erdatmosphäre und besteht hauptsächlich aus den zwei Gasen Stickstoff (78 %) und Sauerstoff (21 %). In vergleichsweise hohen Konzentrationen kommen ferner Argon (0,9 %) und Kohlenstoffdioxid (0,03 %) vor. Im natürlichen Zustand ist die Luft geruchs- und geschmacklos. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff ist für alle aeroben Landlebewesen überlebensnotwendig. Alle Tiere benötigen ihn zur Atmung. Pflanzen benötigen das in der Luft enthaltenen Kohlenstoffdioxid zur Photosynthese. Für fast alle Pflanzen ist dies die einzige Kohlenstoffquelle.

Zusammensetzung

Die aktuelle Zusammensetzung der Luft in der Höhe von Normalnull ist in der rechten Tabelle wiedergegeben, wobei man zwischen Hauptbestandteilen und Spurengasen differenziert.

Stickstoff

Als ein chemisch inertes Gas ist der in molekularer Form auftretende Stickstoff äußerst reaktionsträge. Im Stickstoffkreislauf kann er nur durch die Prozesse der Stickstofffixierung in für Lebewesen nutzbare Verbindungen überführt werden, die ihn für den Aufbau ihrer Aminosäuren benötigen. Den gegenteiligen Prozess bezeichnet man als Denitrifikation. Technisch wird der Luftstickstoff über das Haber-Bosch-Verfahren zur Düngemittelherstellung verwendet. Diese Prozesse gleichen sich weitestgehend aus und haben rein mengenmäßig nur einen geringen Effekt auf die Konzentration des Stickstoffs in der Atmosphäre.

Sauerstoff

Sauerstoff stellt das wichtigste Oxidationsmittel dar und verleiht der heutigen Atmosphäre daher auch ihrer oxidierenden Charakter. Der Sauerstofff wird unter anderem für alle chemischen Verbrennungsvorgänge und die biologische Atmung benötigt. Gebildet wird er wiederum über die Photosynthese, wobei die hierüber im Laufe der Erdgeschichte hergestellte Menge etwa das zwanzigfache der heute in der Atmosphäre vorliegenden Menge beträgt.

Argon

Argon ist ein vergleichsweise gut wasserlösliches Edelgas, als solches jedoch reaktionsträge und ohne weitere Bedeutung.

Wasserdampf

Umgebungsluft ist nicht komplett trocken, deshalb enthält diese zusätzlich je nach Luftfeuchtigkeit null bis zu etwa vier Volumenprozent Wasserdampf, der Rest der Luft teilt sich dann nach den nach den in der Tabelle angegebenen Werten auf. Die üblichen Werte des Wasserdampfgehalts schwanken zwischen einem Zehntel Volumenprozent an den Polen und drei Volumenprozent in den Tropen, mit einem Mittelwert von 1,3 % in Bodennähe. Sie werden durch unterschiedliche Feuchtemaße angegeben.

Variabilität in der Zeit

Die Konzentrationen der Atmosphärengase sind ihrem Charakter nach metastabil, denn auch wenn sie sich in der Lebenszeit eines Menschen nur geringfügig ändern, so sollten sie deswegen nicht mit Naturkonstanten verwechselt werden. Dies zeigt sich in der seit Jahrmilliarden andauernden Entwicklung der Erdatmosphäre, die auch heute noch nicht abgeschlossen ist und in deren Zuge sich die Zusammensetzung der Erdatmosphäre mehrmals grundlegend gewandelt hat. Erst seit etwa 350 Millionen Jahren kann man dabei von unserer heutigen Atmosphäre sprechen. Die größten aktuellen Veränderungen der Luftzusammensetzung stellt die Zunahme des Kohlendioxidgehaltes um etwa 40 % seit Beginn der Industrialisierung dar. Dies ist im Zusammenhang mit dem anthropogenen Treibhauseffekt eine der Ursache für die globale Erwärmung. Formal gehört Kohlendioxid dabei zu den Spurengasen, es wird als das fünfthäufigste Atmosphärengas und aufgrund seiner Bedeutung für Klima und Lebewesen jedoch häufig zu den Hauptbestandteilen der Luft gerechnet. Größere Schwankungen über teils wenige Jahre und Jahrzehnte sind auch bei den Spurengasen zu verzeichnen, denn gerade anthropogene Emissionen können deren geringe Konzentrationen schon bei vergleichsweise unmaßgeblichen Ausstoßmengen beeinflussen. Ebenso zeigen Vulkanausbrüche häufig einen kurzfristigen Einfluss.

Variabilität im Raum

globale Erwärmung in Abhängkeit von der Höhe.]] Die angegebenen Konzentrationen stellen globale Mittelwerte dar und beziehen sich auf Normalnull, besitzen aber eine weitesgehende Gültigkeit in der gesamten Homosphäre, also bis in eine Höhe von etwa 100 Kilometern. Da in verschiedenen Höhenlagen spezifische Prozesse der Atmosphärenchemie wirken, gibt es jedoch auch teilweise erhebliche Abweichungen. Ab der Homopause stellt die Abnahme der Konzentration schwerer Gase mit der Höhe und damit die relative Anreicherung leichterer Gase einen generellen Trend dar. In der hohen Atmosphäre sind daher Wasserstoff und Helium anteilsmäßig sehr viel bedeutender als in Bodennähe, jedoch ist die Luftdichte und damit das absolute Vorkommen der Gase entsprechend gering.

Substanzen geringerer Konzentration

Zusätzlich sind auch hier nicht aufgelistete Anteile von Wasserdampf, Methan, Distickstoffoxid (sinkend ab 7 km), Kohlenmonoxid und Ozon vorhanden. Außerdem treten folgende Stoffe in geringen Spuren auf:
- Fluoroform
- Peroxiacetylnitrat
- Chloroxide
- andere Stickoxide (neben N2O)
- Schwefeldioxid
- Radon
- Quecksilber

Kohlenstoffdioxid

Die biologische Hauptbedeutung des Kohlenstoffdioxids liegt in seiner Rolle als Kohlenstofflieferant für die Photosynthese, weshalb sich die atmosphärische Kohlenstoffdioxidkonzentration stark auf das Pflanzenwachstum auswirkt. Durch den lichtabhängigen Stoffwechselzyklus der Pflanzen, also der Wechselbeziehung zwischen Atmung und Photosynthese, können die bodennahen CO2-Konzentration im Tagesgang schwanken. Es zeigt sich bei ausreichender Pflanzendecke ein nächtliches Maximum und dementsprechend ein Minimum am Tag. Der gleiche Effekt kommt auch im Jahresverlauf zum tragen, da die außertropische Vegetation ausgeprägte Vegetationsperioden besitzt. Dies hat auf der Nordhalbkugel ein Maximum im Zeitraum März bis April und ein Minimum im Oktober oder November zur Folge. Auch anthropogene Emissionszyklen können eine Rolle spielen, zum Beispiel mit dem Einsetzen der Heizperiode bei sinkenden Temperaturen. Als übergeordneter Trend wird eine stetige Zunahme des Kohlenstoffdioxids in der Atmosphäre gemessen, wobei die Konzentration Mitte des 18. Jahrhunderts bei etwa 280 ppmv lag. Dies entspricht einer Steigerung von etwa 40 %, wobei die Steigerungsraten selbst immer weiter zunahmen und auch heute noch zunehmen. Sie liegen bei etwa 1,6 ppmv/a. Die Quellen hierfür sind vielschichtig, haben den Kohlenstoffzyklus jedoch nachhaltig destabilisiert und tragen über den anthropogenen Treibhauseffekt zur globalen Erwärmung bei. Lokal und gerade nahe industriellen Ballungsgebieten kann die Kohlenstoffdioxid-Konzentration auch deutlich über den Normalwerten liegen. Werte von 400 ppmv sind dabei recht häufig. Den Rekord hat der ehemalige Londoner Wintersmog mit 3.000 ppmv (0,3 %) aufgestellt.

Ozon

Ozonwerte werden nicht in Anteilen, sondern in der Dobson-Einheit angegeben. Da die Werte zudem von der Höhe (Ozonschicht, Bodennahes Ozon), sowie von Wetterlage, Temperatur, Schadstoffbelastung und Uhrzeit abhängen, und Ozon sich sowohl schnell bildet als auch wieder zerfällt, ist es in obiger Tabelle nicht aufgelistet.

Physikalische Größen der Luft

Luftdichte

Unter Normalbedingungen ist die Luftdichte gleich 1,293 kg/m3.

Luftdruck

Die Gewichtskraft der von der Erdanziehung beschleunigten Luftsäule erzeugt einen statischen Luftdruck, der mit dem jeweiligen Messpunkt variiert. Dieser ist jedoch zusätzlich von thermischen (Temperatur) und dynamischen Einflüssen (Wetterbedingungen) abhängig.

Lufttemperatur

Als Lufttemperatur wird jene Temperatur der bodennahen Atmosphäre bezeichnet, die weder von Sonnenstrahlung noch von Bodenwärme oder Wärmeleitung beeinflusst ist. Die genaue Definition durch Wissenschafter und Techniker ist je nach Fachgebiet etwas verschieden. In der Meteorologie wird die Lufttemperatur in einer Höhe von zwei Metern gemessen, wofür die klassischen, weiß gestrichenen Wetterhäuschen in freier Umgebung dienen.

Luftfeuchtigkeit

Bei der Luftfeuchtigkeit handelt es sich um den Anteil des Wasserdampfs an der Luft. Sie wird über verschiedene Feuchtemaße wie Dampfdruck und Taupunkt sowie relative, absolute und spezifische Luftfeuchte quantifiziert.

Andere

Unter Normalbedingungen ist die Schallgeschwindigkeit gleich 331,5 m/s. In Näherung zur trockenen Luft, mit den molaren Massen aus den jeweiligen Artikeln der einzelnen Elemente und den entsprechenden Naturkonstanten, besitzt Luft eine molare Masse von 28,9634 g/mol. Der Brechzahl der Luft beträgt unter Normalbedingungen für sichtbares Licht ungefähr 1,00029. Sie hängt von Druck, Temperatur und Zusammensetzung der Luft ab, vor allem aber von der Luftfeuchtigkeit. Entsprechend der Brechzahl ändert sich auch die Lichtgeschwindigkeit innerhalb der Luft. Spezifische Wärmekapazität: :c_p = 1,005 kJ/(kg K) = 0,279 kWh/(Tonne K) (isobar) :c_v = 0,718 kJ/(kg K) = 0,199 kWh/(Tonne K) (isochor)

Luftverschmutzung und Luftreinhaltung

Die Luftverschmutzung ist der auf die Luft bezogene Teilaspekt der Umweltverschmutzung. Gemäß dem Bundes-Immissionsschutzgesetz ist Luftverschmutzung eine Veränderung der natürlichen Zusammensetzung der Luft, insbesondere durch Rauch, Ruß, Staub, Aerosole, Dämpfe oder Geruchsstoffe. Von besonderer Schädlichtkeit sind dabei erhöhte Ozonwerte (Smog) und Schwefeldioxidkonzentrationen (saurer Regen). In den meisten Industrieländern ist die lokale Luftverschmutzung in den letzten Jahrzehnten stark zurückgegangen. Gleichzeitig hat jedoch der Ausstoß von Treibhausgasen wie Kohlendioxid weiter zugenommen. Die lokale und regionale Luftverschmutzung ist aber insbesondere für Länder der dritten Welt sowie Schwellenländer wie zum Beispiel Russland oder China noch ein erhebliches Problem.

Kulturelle Bedeutung

Die griechischen Naturphilosophen hielten Luft für eines der vier Grundelemente, aus denen alles Sein besteht. Dem Element Luft wurde der Oktaeder als einer der fünf Platonischen Körper zugeordnet.

Siehe auch


- Luftverflüssigung

Weblinks


- [http://www.cmdl.noaa.gov/hats/graphs/graphs.html Entwicklung der Spurengasanteile der Luft im Laufe der letzten 15 Jahre] Kategorie:Meteorologie Kategorie:Stoffgemisch Kategorie:Gas ja:空気 ko:대기 ms:Udara simple:Air

Kondensation

Als Kondensieren bezeichnet man das Übergehen eines Stoffes vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand. Den Vorgang selbst bezeichnet man als Kondensation bzw. physikalische Kondensation, das Produkt als Kondensat. Dieser Prozess erfolgt bei konstantem Druck immer bei einer bestimmten Temperatur, die Kondensationspunkt genannt wird. Während des Übergangs bleibt die Temperatur konstant, sämtliche entzogene Wärme wird in Form der Kondensationswärme in die Zustandsänderung investiert. Das Gegenteil des Kondensierens ist das Verdampfen oder die Verdunstung.

Großtechnische Anwendung

Dampfkraftwerk

Innerhalb von Dampfkraftwerken ist die Kondensation des Abdampfes aus der Dampfturbine am Kondensator ein wesentlicher Verfahrensabschnitt. Mit der Verflüssigung des Wasserdampfeses wird zu einem Speisewasser für den Dampferzeuger bereit gestellt, sowie der thermodynamisch notwendige Schritt des Entzugs der Abwärme aus dem Wasserdampf vollzogen.

Chemieanlagen

Bei großen Chemieparks ist die Kondensation von Wasserdampf eine wirtschaftliche bedeutende Größe. Die Energieversorgung für chemische Prozesse in den einzelnen Betrieben erfolgt mit Wasserdampf. Nach Abgabe der thermischen Energie liegt kondensiertes Wasser vor, das über Ringleitungen gesammelt wird. Dieses im Normalfall „reine“ Wasser wird nach Qualitätskontrollen und eventueller Aufbereitung wieder dem Dampferzeuger als sogenanntes Speisewasser zur Erzeugung von Dampf zugeführt. Durch eine solche Kondensatrückführung lassen sich je nach Größe des Chemieparks Einsparungen in Millionen Euro Höhe erzielen.

Siehe auch


- Kondensationsreaktion
- Kondensator Kategorie:Meteorologie Kategorie:Thermodynamik ja:凝縮 simple:Condensation

Wolke

Eine Wolke ist meist eine Ansammlung von Wassertröpfchen, die in einigem Abstand zur Erdoberfläche in der Atmosphäre schweben. Wie bei bodennahem Nebel oder Dunst handelt es sich um die sichtbaren Kondensationsprodukte des Wasserdampfs. Bei höheren Wolken bzw. bei niedrigen Temperaturen können Wolken teilweise oder vollständig aus Eiskristallen bestehen, wobei sie dann in der Regel Resublimationsprodukte darstellen. In der meteorologischen Systematik werden sie den Hydrometeoren zugerechntet. In geringerem Umfang sind in ihnen aber auch solche Teilchen enthalten, die in Abgasen, Rauch oder Staub vorkommen. Anzutreffen sind Wolken hauptsächlich in der Troposphäre, aber zum Teil auch in der Stratosphäre. Da sie in ihrer Entstehung und somit auch ihren Eigenschaften oft sehr unterschiedlich sind, stellen sie leicht beobachtbare Merkmale der Wetterlage dar. Durch die richtige Deutung von Form, Aussehen und Höhe sowie der zeitlichen Veränderung dieser Merkmale, können Aussagen zur lokalen Wetterentwicklung getroffen werden. Hierfür ist es notwendig, die Wolken zu klassifizieren, denn nur dadurch sind Beobachtungen übertragbar. In der Praxis besitzt vor allem die Einteilung in Wolkengattungen und Wolkenarten eine hohe Bedeutung. In den meisten Gebieten treten bestimmte Wolkenarten gehäuft auf, was besonders bei gleichartigen Wetterlagen der Fall ist. Dennoch können nahezu an allen Stellen der Erde sämtliche Wolkenformen vorkommen. Die Klassifikation der Wolken ist deshalb international einheitlich durch die World Meteorological Organization geregelt. Neben ihren optischen Eigenschaften und der ihnen innenwohnenden Schönheit, die schon immer die Phantasie der Menschen angeregt hat, kommt den Wolken auch bei zahlreichen wissenschaftlichen Fragestellungen eine hohe Bedeutung zu. Dies gilt insbesondere für den Strahlungshaushalt der Erde, die Niederschlagsverteilung und die Atmosphärenchemie. Der Teilbereich der Meteorologie, der das Studium der Wolken zum Inhalt hat, ist die Nephologie (Wolkenkunde). Dieser Begriff wird jedoch höchst selten als eigenständige Fachrichtung genutzt. Als ihr Begründer gilt Luke Howard.

Physik und Chemie der Wolken

Bestandteile

Eine Wolke besteht nicht aus Wasserdampf, welches ein Gas und daher genauso unsichtbar wie die restliche Luft ist. Es handelt sich vielmehr um ein Aerosol, also eine Ansammlung fein disperser Teilchen im Gasgemisch der Luft. Erst nach dem Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur - den Taupunkt - bilden sich aus dem Wasserdampf winzige Wassertröpfchen, in großer Höhe auch winzige, schwebende Eiskristalle. Der Durchmesser der flüssigen Tröpfchen bewegt sich typischerweise im Bereich von zwei bis zehn Mikrometern, kann jedoch gerade bei Regenwolken mit bis zu zwei Millimetern auch sehr viel größer sein. Sehr große Tropfen und auch die noch wesentlich größeren Hagelkörner sind dabei auf starke Aufwinde angewiesen, um der Gravitation entgegen zu wirken.

Bildung, Entwicklung und Auflösung

Wolkenbildung bezeichnet den Prozess der Entstehung von Wolken durch Kondensation bzw. auch Resublimation von Wasserdampf an Kondensationskernen in der Troposphäre und teilweise auch Stratosphäre. Verursacht werden Entstehung und Auflösung von Wolken durch Veränderung der Parameter Temperatur (Dichte) und Luftfeuchtigkeit einer Luftmasse. Dies kann beispielsweise geschehen durch
- Hebungsprozesse in der Atmosphäre bei Durchzug von Kalt- und Warmfronten, die Luftmassen in höhere Schichten transportiert und dort abkühlen lässt,
- Thermische Aufwinde oder Hangaufwinde,
- Zufuhr von kälteren Luftmassen,
- Zufuhr von feuchteren Luftmassen. Eine sichtbare Wolke entsteht, wenn die Bedingungen für die Bildung stabiler Wassertröpfchen oder –kristalle erfüllt sind. Diese Bedingungen haben weniger mit einer Wasseraufnahmefähigkeit der Luft als mit dem Verhältnis von Kondensation und Verdunstung zu tun. An der Oberfläche des Wassertröpfchens innerhalb einer Wolken findet ein steter Austausch von Wassermolekülen zwischen der Umgebungsluft und dem Tropfens statt: Nur wenn sich an den Tropfen mehr Wassermoleküle anlagern als diesen gleichzeitig verlassen, nur wenn also die Kondensationsrate höher als die Verdunstungsrate ist, kann ein Tropfen wachsen und somit zu einer Wolkenbildung führen. Ob es dazu kommen kann hängt im Wesentlichen von zwei Größen ab: #von der Anzahl der Wassermoleküle in der Umgebung des Tropfens: Je mehr Wasserdampfmoleküle das Tröpfchen umgeben, umso wahrscheinlicher ist es, das eines am Tröpfchen haften bleibt. Die Anzahl der Wasserdampfmoleküle kann auch durch den sogenannten Wasserdampfdruck ausgedrückt werden, das ist der Anteil des Gesamtluftdrucks, der durch den Wasserdampf entsteht. #von der Temperatur des Wassertropfens: Je wärmer das Tröpfchen ist, umso leichter lösen sich Wassermoleküle vom Tropfen. Die Bildung einer Wolke wird also begünstigt durch niedrige Temperaturen und durch eine große Anzahl Wassermoleküle bzw. durch einen hohen Wasserdampfdruck, was gleichbedeutend mit einer hohen Luftfeuchtigkeit ist. Luftfeuchtigkeit Die Temperatur, bei der sich Kondensation und Verdunstung ausgleichen, heißt Taupunkttemperatur. Wird diese unterschritten, entstehen und wachsen unter betimmten Bedingungen stabile Tröpfchen. Diese Temperatur hängt vom jeweiligen Wasserdampfdruck ab. Der Wasserdampfdruck, bei der Kondensation und Verdunstung im Gleichgewicht sind, heißt Sättigungsdampfdruck. Dieser ist von der Temperatur abhängig und wird außerdem durch Krümmungs- und Lösungseffekte bestimmt. Die Tropfenbildung in der Erdatmosphäre wird überhaupt erst ermöglicht durch das Vorhandensein einer ausreichenden Anzahl von Kondensationskeimen. Solche Keime können zum Beispiel Staubkörnchen sein, aber auch größere Moleküle, Pollen oder – am Meer – Salzkristalle (siehe Aerosol). Auch bei Temperaturen unter 0 °C kann sich noch ein Großteil der Wolkentröpfchen im flüssigen Zustand befinden. Beim Absinken der Temperatur bis etwa -12 °C bilden sich meist noch keine Eiskristalle heraus, so dass die Wolke aus so genannten unterkühlten Wassertropfen besteht. Ebenso können gelöste Stoffe innerhalb des Tropfens bedingt durch die Gefrierpunktserniedrigung eine Senkung der Kondensationstemperatur bewirken. Bei einem weiteren Absinken der Temperatur nimmt der Eisanteil immer weiter zu, bis bei etwa -40 °C nur noch Eiskristalle vorliegen. In größeren Höhen ist die Wolkenbildung daher durch Kristallisationsprozesse gekennzeichnet. Wegen der sehr geringen Größe der Tröpfchen – ungefähr 1 bis 15 μm oder 0,001 bis 0,015 mm – haben sie auch relativ geringe Fallgeschwindigkeiten, welche sich meist im Bereich von 1 bis 15 cm/s bewegen. Da Wolken häufig durch konvektive Aufwinde entstehen, sinken diese nicht etwa ab, sondern bleiben auf gleicher Höhe bzw. quellen auf (zum Beispiel der Kumulus). In Regenwolken sind die Tropfen größer (bis 3 mm) und somit auch die Fallgeschwindigkeit höher. Ist ein Schwellenwert überschritten, so dass der Aufwind das gravitative Absinken nicht mehr ausgleichen kann, beginnt es zu regnen. Im Falle des Hagels treten sehr starke Aufwinde auf, welche die Hagelkörner mehrmals aufsteigen und wieder absinken lassen, wobei diese Schicht für Schicht wachsen. In der Meteorologie werden Wolken nach Form und Höhe über dem Boden unterschieden. Eine Wolke in Bodennähe wird als Nebel bezeichnet, doch auch wenn sie sich nur durch ihre Position unterscheiden, wird der Nebel nicht als Wolkentyp betrachtet. Im weiteren Sinne wird unter Wolkenbildung jedoch auch die Entstehung anderer Wolkentypen verstanden, wie beispielsweise Staubwolken oder Methan-Wolken, wobei man sich hierbei nicht auf die Erde begrenzt und auch die Wolkenbildung auf anderen Himmelskörpern mit einschließt.

Bedeutung für den Strahlungshaushalt

Wolken haben einen großen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Erde und somit auch die Lufttemperatur, vor allem über den Tagesverlauf, aber auch auf langfristige klimatische Mittelwerte. Dies macht sich vor allem im Sommer bemerkbar. Sobald sich tagsüber eine Wolkendecke bildet und die Sonnenstrahlung abschirmt, die Globalstrahlung also sinkt, nimmt auch die zur Erwärmung der Luft benötigte Sonnenenergie ab und es wird recht schnell spürbar kälter. Diese Wolkendecke reflektiert aber auch die terrestrische Ausstrahlung zu einem bestimmten Anteil zurück auf den Erdboden. In einer klaren Nacht wird es folglich wesentlich kälter als in einer bedeckten Nacht, da die terrestrische Wärmestrahlung einfach ins Weltall entweicht und kaum durch die Atmosphärengase – vor allem durch den darin enthaltenen Wasserdampf – zurückgehalten werden kann. Diese Auswirkungen können besonders in Wüsten beobachtet werden, wo Wolken im Regelfall recht selten sind: Es wird in der Nacht viel mehr Wärme abgestrahlt beziehungsweise weniger Wärme zurückgehalten als in feuchteren Zonen. Die Temperaturunterschiede zwischen Tag zu Nacht sind daher auch viel höher. Ausstrahlung Eine wichtige Eigenschaft von Wolken ist deren optische Dicke. Sie bestimmt wie viel der Sonnenstrahlung durch eine Wolkendecke hindurchdringen kann und wie viel sie andererseits absorbiert bzw. reflektiert. Bestimmende Einflussgrößen sind dabei die vertikale Ausdehnung der Wolke, die Verteilung der Tröpfchen- oder Eiskristallgrößen und schließlich die Menge und Verteilung der Wolken selbst. Dabei sind Wolken gegenüber der kurzwelligen UV-Strahlung etwas durchlässiger als gegenüber den Wellenlängen des sichtbaren Lichts. Die Streuung der direkten Sonneneinstrahlung durch die Luftteilchen bedingt deren geringer werdenden Anteil mit abnehmender Höhe und begünstigt damit diesen Effekt. Durch die zusätzliche Streuung an den Wolkentröpfchen nehmen auch die Photonenwege zu, was die Absorption durch Ozon begünstigt und somit die Transmission des Lichts verringert. In Bezug auf die UV-Strahlung ist eine Absorption an den Wassertropfen selbst vernachlässigbar, solange diese nicht allzu stark verunreinigt sind (etwa durch einen Vulkanausbruch). Auf globaler Ebene hat dies im langjährigen Mittel die Folge, dass Wolken 20 % der kurzwelligen Sonneneinstrahlung direkt zurückstrahlen und gleichzeitig 3 % absorbieren. Die Wirkung der Wolken im Strahlungshaushalt ist jedoch, wie im ersten Absatz gezeigt, nicht allein an deren Eigenschaften geknüpft, sondern beruht auf dem Zusammenspiel vielerlei Faktoren. Besonders wichtig ist der Effekt der atmosphärischen Gegenstrahlung in Verbindung mit der Albedo der Erdoberfläche. Dieser Effekt ist die eigentliche Ursache des atmosphärischen Treibhauseffektes und spielt damit eine wichtige Rolle in Bezug auf die Globale Erwärmung. Die Albedo der Bodenoberfläche bestimmt dabei, wie viel aus der Summe von direkter und diffuser Sonneneinstrahlung vom Erdboden aus in Richtung der Wolken als langwellige terrestrische Strahlung ausgesandt wird. Deren optische Dicke, die ihrerseits die Globalstrahlung bestimmt hat, ist nun maßgeblich dafür verantwortlich, wie viel dieser terrestrischen Strahlung auf die Erdoberfläche zurückreflektiert wird, wobei es beliebig oft zu Mehrfachreflektionen zwischen Wolkenunterseite und Erdboden kommen kann. Durch diese atmosphärische Gegenstrahlung wird die Globalstrahlung jedoch erhöht und gleicht damit die abschirmende Wirkung der Wolken teilweise aus. Wie groß dieser Ausgleich in Bezug auf große Gebiete und lange Zeiträume ist lässt sich nur schwer feststellen, weshalb es sich auch um eine zentrale Fragestellung der Klimamodellierung handelt.

Rolle im Wasserkreislauf

Wolken üben im Wasserkreislauf die Funktion eines Mittlers zwischen Verdunstung und Niederschlag aus. Zwar ist das in ihnen enthaltene Wasser in Bezug auf die Wasservorkommen der Erde mengenmäßig recht unbedeutend, doch setzen sie dies auch recht schnell um.

Aussehen

Das Aussehen einer Wolke wird in erster Linie durch die Art, Größe, Anzahl und räumliche Verteilung ihrer Bestandteile bestimmt. Es hängt ferner von der Intensität und Farbe des auf die Wolke auftreffenden Lichtes ab, sowie von der jeweiligen Stellung von Beobachter und Lichtquelle zur Wolke. Das Aussehen einer Wolke lässt sich am besten durch Angaben zur Größe, Gestalt, Grob- und Feinstruktur, Helligkeit und Farbe beschreiben.

Mächtigkeit und horizontale Erstreckung

Gestalt und Struktur

Helligkeit

Licht] Die Helligkeit einer Wolke wird durch das von ihren Teilchen reflektierte, gestreute und durchgelassene Licht bestimmt. Dieses Licht stellt meist direkte oder diffuse Sonnenstrahlung dar, es kann jedoch auch von Mond oder Erdoberfläche herrühren. Besonders durch das große Albedo von Eis- und Schneeflächen kann sich die wahrgenommene Helligkeit der Wolken, aufgrund des rückgestrahlten Lichts, erhöhen. Auch die Einwirkung von Dunst oder besonderer Lichterscheinungen der atmosphärischen Optik, wie unter anderem Halos, Regenbogen, Koronen und Glorien, verändert die Wolkenhelligkeit. Befindet sich Dunst zwischen Beobachter und Wolke, so kann je nach Wolkendichte und Richtung des einfallenden Lichtes die Helligkeit der Wolke verstärkt oder vermindert werden. Dunst schwächt außerdem die Kontraste ab, durch die Gestalt sowie Grob- und Feinstruktur der Wolke erst erkennbar werden. Tagsüber ist die Helligkeit der Wolken so stark, dass sie ohne Schwierigkeit beobachtet werden können. In Nächten mit Mondschein sind die Wolken dann zu sehen, wenn die Mondphase mehr als ein Viertel beträgt. Während der dunkleren Phasen ist das Mondlicht nicht hell genug, um entfernte Wolken erkennen zu lassen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Wolken dünn sind. In mondlosen Nächten sind die Wolken im Allgemeinen nicht erkennbar, man kann jedoch manchmal, auf Grund der Verdeckung der Sterne, des Polarlichtes, des Zodiakallichtes oder anderer Effekte, auf das Vorhandensein von Wolken schließen. In Gebieten mit genügend starker künstlicher Beleuchtung sind Wolken auch nachts sichtbar. Daher sind über Großstädten Wolken infolge der von unten kommenden direkten Beleuchtung erkennbar. Eine derartig angeleuchtete Wolkenschicht kann dann einen hellen Hintergrund bilden, gegen den sich tiefer gelegene Wolkenteile plastisch und dunkel abheben.

Farbe

Großstädten] Die Farbe einer Wolke hängt in erster Linie von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes ab und ist damit eng an die Rayleigh-Streuung geknüpft. Befindet sich Dunst zwischen Beobachter und Wolke, so kann dadurch die Färbung der Wolke verändert werden. Daher können zum Beispiel weiter entfernt liegende Wolken gelb, orange oder rot erscheinen. Die Farbwirkung der Wolken wird außerdem – wie auch die Wolkenhelligkeit – durch besondere Lichterscheinungen der atmosphärischen Optik beeinflusst. Bei genügend hohem Sonnenstand erscheinen die Wolken oder Teile davon in direktem Sonnenlicht weiß oder grau. Diejenigen Teile, die das Licht in der Hauptsache vom blauen Himmel erhalten, haben ein blaugraues Erscheinungsbild. Bei Annäherung der Sonne an den Horizont, also bei Dämmerung, Sonnenauf- und Sonnenuntergang, kann sich ihre Farbe von gelb über orange zu rot verändern. Der Himmel in der Umgebung der Sonne sowie die Wolken nehmen dabei eine entsprechende Färbung an. Jedoch kann dies immer noch durch das Blau des Himmels beeinflusst werden. Die Wolkenfarben sind auch von der Höhe der Wolken sowie deren jeweiliger Stellung zum Beobachter und zur Sonne abhängig. Wenn die Sonne sich dicht ober- oder unterhalb des Horizonts befindet, so können die hohen Wolken durchaus noch fast weiß aussehen, während die mittelhohen Wolken eine kräftige Orange- bzw. Rotfärbung zeigen. Sehr niedrige, im Erdschatten liegende Wolken, sehen grau aus. Diese Farbunterschiede ermöglichen eine Vorstellung von der jeweiligen Wolkenhöhe. Man sollte sich jedoch stets vergegenwärtigen, dass Wolken im gleichen Höhenniveau bei Blickrichtung gegen die Sonne weniger rot gefärbt erscheinen als in der entgegengesetzten Richtung. Nachts ist die Helligkeit der Wolken gewöhnlich zu gering, um Farben unterscheiden zu können und alle wahrnehmbaren Wolken erscheinen dann schwarz bis grau, mit Ausnahme derjenigen, die vom Mond beleuchtet werden und ein weißliches Aussehen haben. Besondere Beleuchtungsverhältnisse, wie zum Beispiel Brände, Großstadtlichter oder Polarlicht, können manchmal auch Nachts einigen Wolken eine mehr oder minder ausgeprägte Farbe verleihen.

Optische Phänomene

Klassifizierung

Geschichtliches

Vor Beginn des 19. Jahrhunderts nahm man an, Wolken seien zu vielgestaltig, komplex und vor allem kurzlebig, um sie zu begrifflich zu kategorisieren. Es war nicht üblich ihnen Bezeichnungen zuzuweisen, man begnügte sich vielmehr die Wolken nur rein subjektiv anhand von Form und Farbgebung zu beschreiben. Es gab zwar einige wenige Versuche, sie zur Wettervorhersage zu nutzen, doch begnügte man sich meist mit dem Grad ihrer Dunkelheit. Da jedoch die normierte Unterscheidung verschiedener Wolkentypen eine Voraussetzung zu deren Untersuchung, Beschreibung und damit dem Verständnis der Wolken ist, konnte man jenes durch eine lediglich grob beschreibende und zudem sehr uneinheitliche Herangehensweise gerade nicht erlangen. Eine wissenschaftliche Annäherung war ohne eine solche Basis kaum möglich und daher wurden Wolken, wenn überhaupt, nur mystisch-religiös gedeutet bzw. als Motiv von Kunst und Ästhetik wahrgenommen. Der Wandel hin zur heutigen Wolkenklassifikation – und damit der wissenschaftlichen Zugänglichkeit der Wolken überhaupt – geht auf Luke Howard und seine Schrift On The Modification of Clouds aus dem Jahr 1802 zurück. Einen anderen Ansatz verfolgte Jean-Baptiste de Lamarck im gleichen Jahr, unabhängig von Howard und sogar etwas früher als er. Seine Veröffentlichung in der dritten Ausgabe der Annuaire Méteorologique fand jedoch keine Beachtung in der damaligen Fachwelt, sofern man schon von einer solchen sprechen kann. In Anlehnung an die Taxonomie der Lebewesen durch Carl von Linné und im Gegensatz zu Lamarck, verwendete Howard lateinische Bezeichnungen, die den damaligen Status des Lateins als Sprache der Wissenschaften weltweit eingesetzt werden konnten. Er teilte Wolken in Stratus (Schichtwolken), Cumulus (Haufenwolken) und Cirrus (Schleierwolken) sowie auch Nimbus (Regenwolken) ein.

Internationales System

Nach der heute offiziellen Klassifizierung der World Meteorological Organization, festgehalten im Internationalen Wolkenatlas, werden Wolken nach der Höhe ihrer Untergrenze in vier Wolkenfamilien eingeteilt – hohe, mittelhohe, niedrige und solche, die sich über mehrere Stockwerke erstrecken (vertikale Wolken). Diese vier Familien umfassen zehn Gattungen, die mit ihren 14 Arttypen (mit Kombinationen 27 Arten), 9 Unterarttypen und 9 Sonderformen/Begleitwolken in einer Übersicht dargestellt sind. Eine Wolke kann dabei die Merkmale von einer Art und mehreren Unterarten besitzen. Von zentraler Bedeutung ist, dass es sich bei den Wolken um eine Klassifikation nach dem Erscheinungsbild handelt. Dies steht im Gegensatz zu in den Naturwissenschaften üblicherweise an Herkunft, Entstehung oder Verwandtschaft orientierten (genetischen) Klassikationssystemen. Wie eine Wolke zu einem bestimmten Erscheinungsbild gekommen ist, spielt für deren Namensgebung folglich keine Rolle, auch wenn viele Erscheinungsbilder auf ihre Entstehungsumstände hin gedeuted werden können. Die Höhenlagen der Wolkenstockwerke variieren mit der geographischen Breite, da die unterste Schicht der Atmosphäre – die Troposphäre – am Äquator rund doppelt so hoch reicht wie an den Polen. Im Winter sind die Wolkenstockwerke aufgrund der niedrigeren Temperatur und damit höheren Luftdichte niedriger als im Sommer. Die Höhen orientieren sich an der Lage der Tropopause, die örtlich wie zeitlich variabel ist und nicht gleichförmig von den Polen zum Äquator ansteigt. Die folgenden Höhenangaben stellen daher nur Orientierungswerte dar. Wolken werden verschieden benannt, zum Beispiel der Cirrus und die Cirruswolke bzw. die Cirren und die Cirruswolken. Häufig sind mehrere Wolkenformen gleichzeitig vorhanden, die sich gegenseitig überdecken können.

Übersicht

Die folgende Darstellung ist stark an den Internationalen Wolkenatlas (S. 6) angelehnt. Die Buchstaben der jeweiligen Abkürzungen sind deutlich hervorgehoben und werden bei der Benennung kombiniert, zum Beispiel Ci fib für Cirrus fibratus. Deutsche Entsprechungen bzw. Beschreibungen der lateinischen Gattungsbezeichnungen sind in Klammern gesetzt. Zu beachten ist, dass die Einteilung der Cumulus-Wolkengattung in die Wolkenfamilien nicht einheitlich gehandhabt wird. Dies liegt darin begründet, dass man die Wolkenarten Cumulus humilis und Cumulus mediocris eher den tiefen Wolken zurechnen kann, während Cumulus congestus eher zu den vertikalen Wolken gehört. Ein ähnliches Bild zeigt sich bei Nimbostratus. Diese werden hier bei den vertikalen Wolken eingeordnet, können aber auch zu den mittelhohen Wolken gezählt werden.

Gattungen

Die Gattungen sind die zehn Hauptgruppen der Wolken. Sie geben an, in welcher Höhe sich die Wolken befinden, und ob sie labil oder stabil geschichtet sind. Bei einer stabilen Atmosphärenschichtung sind die (Schicht-)Wolken meist konturlos, wenn die Luftfeuchtigkeit hoch genug ist, sonst zerrissen bis gar nicht vorhanden. Eine labile Schichtung, bei der es zu Aufwinden kommt, führt zu Quellwolken wie dem Cumulus oder dem Cumulonimbus. Die Gattungsnamen werden mit zwei Buchstaben abgekürzt, wobei der erste Buchstabe großgeschrieben wird.

Arten

Mit der Angabe der Art werden Wolkengattungen weiter nach ihrem inneren Aufbau und ihrer Gestalt unterteilt. Die verschiedenen Arten schließen sich gegenseitig aus, also kann eine Gattung nur die Merkmale einer Art haben. Beispiele sind Cumulus congestus (Cu con), ein hoch aufgetürmter Cumulus, oder Altocumulus stratiformis (Ac str), weit ausgedehnter Altocumulus. Die Arten werden mit drei kleinen Buchstaben abgekürzt.

Unterarten

Die Unterarten dienen zur Angabe der Anordnung und der Lichtdurchlässigkeit. Eine Wolke kann im Gegensatz zu den Arten die Eigenschaften von mehreren Unterarten aufweisen. Unterarten schließen sich generell gegenseitig nicht aus. Die einzige Ausnahme bilden opacus (lichtundurchlässige Wolkenschicht) und translucidus (ziemlich durchsichtige Wolkenschicht). Beispiele sind Altocumulus undulatus (Ac un, Altocumuli in Wellenform angeordnet) oder Cirrus vertebratus (Ci ve, Cirruswolke, die an ein Fischskelett erinnert). Unterarten werden mit zwei Buchstaben abgekürzt.

Sonderformen und Begleitwolken

Sonderformen und Begleitwolken müssen nicht zwingend mit der Hauptmasse der Wolke zusammenhängen, insbesondere die Begleitwolken sind meist davon getrennt. Zum Beispiel ist Cumulonimbus mamma (Cb mam) ein Cumulonimbus mit Quellungen „nach unten“ und Cumulus pannus (Cu pan) eine Cumulus-Wolke mit zerfetzten Wolkenteilen. Die Sonderformen und Begleitwolken werden – wie die Arten – mit drei Buchstaben abgekürzt.

Mutterwolken

Die Mutterwolke dient zur Angabe, aus welcher Gattung sich eine neue Wolkenform gebildet hat. Dazu wird an den Gattungsnamen der Mutterwolke „genitus“ angehängt. Abgekürzt werden sie, indem man zur Gattungsabkürzung „gen“ anhängt. Ausgeschrieben ersetzt man die Endung „-us“ durch ein „o“ und hängt noch ein „genitus“ an. Ein typisches Beispiel ist der Cirrus cumulonimbogenitus (Ci cbgen), ein Cirrus, der sich aus dem Amboss einer Cb-Wolke entwickelt hat.

Genetische Klassifikation

Neben der Internationalen Klassifikation die sich an der Wolkenhöhe orientiert, existiert auch eine genetische Klassifikation die sich nach der Entstehung der Wolken richtet. Sie geht auf Stüve zurück, der sie 1926 veröffentlichte.

Gesonderte Wolkenformen

Neben der in der Klassifikation enthaltenen Wolken gibt es noch eine Vielzahl anderer Typen, die aus bestimmten Gründen einen eigenen Namen erhalten haben. Dabei handelt es sich zum Beispiel um die für die Tornadoentstehung sehr wichtigen Mauerwolken oder die künstlichen Kondensstreifen der Flugzeuge (meist den Cirrus zugerechnet).

Wetterbeobachtung

Wolken besitzen wie gezeigt eine hohe Eigendynamik und reagieren sehr schnell auf die Bedingungen in ihrer Umgebung. Dabei ist es möglich zwischen den beobachtbaren Eigenschaften der Wolken und den Eigenschaften die diese Bedingungen eine Verknüpfung herzustellen. Die Ausbreitung der Wolken mit der Höhe ist ein wichtiger Faktor zur Einschätzung konvektiver Prozesse in der Atmosphäre. So ist es über sie in vielen Fällen möglich, die Schichtungsstabilität der Erdatmosphäre zu ermitteln. Bewegungen der Wolken geben Auskunft über die Windverhältnisse in der entsprechenden Höhe.

Frontpassage

Schichtungsstabilität der Erdatmosphäre Schichtungsstabilität der Erdatmosphäre Eine Front kündigt sich meist langsam an, indem zuerst immer mehr Cirruswolken, dann Cirrostratus, dann zusätzlich Altostratus und schließlich Nimbostratus aufziehen. Diese Abfolge läuft in umgekehrter Reihenfolge nach Durchzug der Front ab. In der Regel ist sie begleitet von Cumuluswolken, je nach Stärke der Front auch von Cumulonimbuswolken. Eine Warmfront unterscheidet sich von der Kaltfront bezüglich der Wolken vor allem darin, dass bei der Warmfront die Wolken langsamer aufziehen und bei der Kaltfront langsamer abziehen. Da eine Kaltfront „schneller“ als eine Warmfront ist (kalte Luft ist schwerer und „drückt“ sich schneller voran), sind die Aufwinde auch größer und riesige Cumulonimbuswolken können entstehen.
 

Gewitter und Stürme

Kaltfront Gewitter und Stürme sind häufig zusammen mit den charakteristischen Cumulonimbuswolken zu beobachten, treten in der Regel schnell auf und verschwinden schnell wieder. Sofern sie nicht in Verbindung mit Fronten auftreten, klart der Himmel sehr schnell auf. In einigen Fällen sind die Wolken absolut isoliert, das heißt, sie bilden einen einzelnen Block am ansonsten heiteren Himmel. Daher sind Gewitter vor allem im Gebirge tückisch. Sie können lokal innerhalb einer Stunde auftauchen, abregnen und weiterziehen. Extrem große Cumulonimbuswolken, so genannte Superzellen, sind aufgrund der Ausdehnung mit dem Auge kaum von Nimbostratus oder einer Front zu unterscheiden. Sie können Wirbelstürme mit sich bringen und bestimmen das Wettergeschehen viel länger als normale Gewitter. Auch das Auftreten von Böenfronten mit Roll- oder Shelf clouds ist bei ihnen möglich.

Wolkenverschlüsselung

Die Codes CL, CM und CH dienen dazu, den Himmelszustand anzugeben. Der Vorteil gegenüber der einfachen – und genaueren – Bezeichnung von Wolken ist, dass nicht jede Wolkenart aufgezählt werden muss, sondern für je ein Stockwerk die Gesamtbewölkung mit einer Ziffer angegeben werden kann. Aus ihr kann auch die Wetterlage bestimmt werden. Die Verschlüsselung erfolgt in der Form: :CW = x Hier steht x für eine Ziffer von Null bis Neun. Ist der Himmelszustand wegen schlechten Lichtverhältnissen, Nebel, Staub, Sand oder ähnlichem nicht sichtbar, kennzeichnet man dies statt einer Zahl mit einem Schrägstrich. Für W trägt man die jeweilige Wolkenhöhe ein. Dabei bedeutet L "low", also tiefe Wolken (clouds low), M bedeutet "middle" (mittelhohe Wolken) und H "high", hohe Wolken (clouds high). Können die Wolken nicht eindeutig einer Ziffer zugeordnet werden, so wird diese gewählt, die am besten zutrifft, das heißt die Gruppe, die den größten Teil des Himmels bedeckt.

Verschlüsselung der CL-Wolken

Zu den tiefen Wolken gehören Stratus, Stratocumulus, Cumulus und Cumulonimbus.

Verschlüsselung der CM-Wolken

Zu den mittleren Wolken gehören die Wolkengattungen Altocumulus, Altostratus und Nimbostratus.

Verschlüsselung der CH-Wolken

Zu den hohen Wolken gehören die Gattungen Cirrus, Cirrostratus und Cirrocumulus.

Wolken und „Bauernregeln“

Der gut zu beobachtende Zug der Wolken ist die Basis vieler Bauernregeln und hat ihren Ruf als Wetterboten begründet. Eine ausreichende Vorhersagequalität dieser Bauernregeln, die auf jahrzehntelanger, weitergegebener Beobachtungen beruhen, ist aber nur regional bzw. gar lokal gegeben. So lautet beispielsweise eine Wetterregel aus dem Vinschgau in Südtirol: :Kommen die Wolken aus Schnals, :Haben wir's Wetter am Hals; :Ziehen sie in's Martell, :dann wird's wieder hell; :kommen sie aus Matsch, :macht es Plitschplatsch; :kommen sie von Ulten, :musst du dich gedulden! Wenn eine markante Felsformation der Alpennordkette bei Innsbruck von einer Wolke umgeben ist, weist dies auf bevorstehenden Regen hin: :Trägt Frau Hitt a Koppen, gean die Stadler durch Lacken. Cirren kündigen in der Regel eine Warmfront und somit eine Wetterverschlechterung an. Dennoch kann man nicht sicher sein, dass diese den jeweiligen Standort auch erreichen wird. Daher entstammt der Spruch: „In Frauen und Cirren kann man sich irren.“

Anomalien und extraterrestrische Wolken

Anomalien sind sehr ungewöhnliche Wolken, die insbesondere dem klassischen Modell widersprechen. Hierzu gehören zum Beispiel Polare Stratosphärenwolken oder leuchtende Nachtwolken.

Wolken als Kunstmotiv

leuchtende Nachtwolke Wolken waren und sind ein beliebtes Motiv der Landschaftsmalerei und Naturfotografie. Zu nennen sind hier Jacob van Ruisdael, Jan van Goyen und Esaias van der Velde aus der niederländischen Landschaftsmalerei sowie Ary Pleysier, William Turner, Caspar David Friedrich, Carl Blechen und vor allem John Constable aus der Romantik. Siehe auch: Bildergalerie Wolken in der Malerei

Literatur


- World Meteorological Organization (1990): Internationaler Wolkenatlas. 2. Auflage, Deutscher Wetterdienst. ISBN 3881482644
- Dieter Walch (2000): So funktioniert das Wetter. München. ISBN 3-405-15945-8
- Berthold Wiedersich (2003): TaschenAtlas Wetter. Klett. ISBN 3-623-00021-3
- Wehry, W. und Ossing, F. (Hrsg.) (1997): Wolken Malerei Klima in Geschichte und Gegenwart. Deutschen Meteorologische Gesellschaft

Weblinks


- [http://www.wolkenatlas.de/ Der Karlsruher Wolkenatlas]
- [http://www.seewetter-kiel.de/seewetter/wolken_code.htm bebilderte Wolkenverschlüsselung]
- [http://www.australiasevereweather.com/photography/ Wolken und Klassifizierung (englisch)] ! ja:雲 ko:구름 simple:Cloud th:เมฆ

Luft

Luft bezeichnet das Gasgemisch der Erdatmosphäre und besteht hauptsächlich aus den zwei Gasen Stickstoff (78 %) und Sauerstoff (21 %). In vergleichsweise hohen Konzentrationen kommen ferner Argon (0,9 %) und Kohlenstoffdioxid (0,03 %) vor. Im natürlichen Zustand ist die Luft geruchs- und geschmacklos. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff ist für alle aeroben Landlebewesen überlebensnotwendig. Alle Tiere benötigen ihn zur Atmung. Pflanzen benötigen das in der Luft enthaltenen Kohlenstoffdioxid zur Photosynthese. Für fast alle Pflanzen ist dies die einzige Kohlenstoffquelle.

Zusammensetzung

Die aktuelle Zusammensetzung der Luft in der Höhe von Normalnull ist in der rechten Tabelle wiedergegeben, wobei man zwischen Hauptbestandteilen und Spurengasen differenziert.

Stickstoff

Als ein chemisch inertes Gas ist der in molekularer Form auftretende Stickstoff äußerst reaktionsträge. Im Stickstoffkreislauf kann er nur durch die Prozesse der Stickstofffixierung in für Lebewesen nutzbare Verbindungen überführt werden, die ihn für den Aufbau ihrer Aminosäuren benötigen. Den gegenteiligen Prozess bezeichnet man als Denitrifikation. Technisch wird der Luftstickstoff über das Haber-Bosch-Verfahren zur Düngemittelherstellung verwendet. Diese Prozesse gleichen sich weitestgehend aus und haben rein mengenmäßig nur einen geringen Effekt auf die Konzentration des Stickstoffs in der Atmosphäre.

Sauerstoff

Sauerstoff stellt das wichtigste Oxidationsmittel dar und verleiht der heutigen Atmosphäre daher auch ihrer oxidierenden Charakter. Der Sauerstofff wird unter anderem für alle chemischen Verbrennungsvorgänge und die biologische Atmung benötigt. Gebildet wird er wiederum über die Photosynthese, wobei die hierüber im Laufe der Erdgeschichte hergestellte Menge etwa das zwanzigfache der heute in der Atmosphäre vorliegenden Menge beträgt.

Argon

Argon ist ein vergleichsweise gut wasserlösliches Edelgas, als solches jedoch reaktionsträge und ohne weitere Bedeutung.

Wasserdampf

Umgebungsluft ist nicht komplett trocken, deshalb enthält diese zusätzlich je nach Luftfeuchtigkeit null bis zu etwa vier Volumenprozent Wasserdampf, der Rest der Luft teilt sich dann nach den nach den in der Tabelle angegebenen Werten auf. Die üblichen Werte des Wasserdampfgehalts schwanken zwischen einem Zehntel Volumenprozent an den Polen und drei Volumenprozent in den Tropen, mit einem Mittelwert von 1,3 % in Bodennähe. Sie werden durch unterschiedliche Feuchtemaße angegeben.

Variabilität in der Zeit

Die Konzentrationen der Atmosphärengase sind ihrem Charakter nach metastabil, denn auch wenn sie sich in der Lebenszeit eines Menschen nur geringfügig ändern, so sollten sie deswegen nicht mit Naturkonstanten verwechselt werden. Dies zeigt sich in der seit Jahrmilliarden andauernden Entwicklung der Erdatmosphäre, die auch heute noch nicht abgeschlossen ist und in deren Zuge sich die Zusammensetzung der Erdatmosphäre mehrmals grundlegend gewandelt hat. Erst seit etwa 350 Millionen Jahren kann man dabei von unserer heutigen Atmosphäre sprechen. Die größten aktuellen Veränderungen der Luftzusammensetzung stellt die Zunahme des Kohlendioxidgehaltes um etwa 40 % seit Beginn der Industrialisierung dar. Dies ist im Zusammenhang mit dem anthropogenen Treibhauseffekt eine der Ursache für die globale Erwärmung. Formal gehört Kohlendioxid dabei zu den Spurengasen, es wird als das fünfthäufigste Atmosphärengas und aufgrund seiner Bedeutung für Klima und Lebewesen jedoch häufig zu den Hauptbestandteilen der Luft gerechnet. Größere Schwankungen über teils wenige Jahre und Jahrzehnte sind auch bei den Spurengasen zu verzeichnen, denn gerade anthropogene Emissionen können deren geringe Konzentrationen schon bei vergleichsweise unmaßgeblichen Ausstoßmengen beeinflussen. Ebenso zeigen Vulkanausbrüche häufig einen kurzfristigen Einfluss.

Variabilität im Raum

globale Erwärmung in Abhängkeit von der Höhe.]] Die angegebenen Konzentrationen stellen globale Mittelwerte dar und beziehen sich auf Normalnull, besitzen aber eine weitesgehende Gültigkeit in der gesamten Homosphäre, also bis in eine Höhe von etwa 100 Kilometern. Da in verschiedenen Höhenlagen spezifische Prozesse der Atmosphärenchemie wirken, gibt es jedoch auch teilweise erhebliche Abweichungen. Ab der Homopause stellt die Abnahme der Konzentration schwerer Gase mit der Höhe und damit die relative Anreicherung leichterer Gase einen generellen Trend dar. In der hohen Atmosphäre sind daher Wasserstoff und Helium anteilsmäßig sehr viel bedeutender als in Bodennähe, jedoch ist die Luftdichte und damit das absolute Vorkommen der Gase entsprechend gering.

Substanzen geringerer Konzentration

Zusätzlich sind auch hier nicht aufgelistete Anteile von Wasserdampf, Methan, Distickstoffoxid (sinkend ab 7 km), Kohlenmonoxid und Ozon vorhanden. Außerdem treten folgende Stoffe in geringen Spuren auf:
- Fluoroform
- Peroxiacetylnitrat
- Chloroxide
- andere Stickoxide (neben N2O)
- Schwefeldioxid
- Radon
- Quecksilber

Kohlenstoffdioxid

Die biologische Hauptbedeutung des Kohlenstoffdioxids liegt in seiner Rolle als Kohlenstofflieferant für die Photosynthese, weshalb sich die atmosphärische Kohlenstoffdioxidkonzentration stark auf das Pflanzenwachstum auswirkt. Durch den lichtabhängigen Stoffwechselzyklus der Pflanzen, also der Wechselbeziehung zwischen Atmung und Photosynthese, können die bodennahen CO2-Konzentration im Tagesgang schwanken. Es zeigt sich bei ausreichender Pflanzendecke ein nächtliches Maximum und dementsprechend ein Minimum am Tag. Der gleiche Effekt kommt auch im Jahresverlauf zum tragen, da die außertropische Vegetation ausgeprägte Vegetationsperioden besitzt. Dies hat auf der Nordhalbkugel ein Maximum im Zeitraum März bis April und ein Minimum im Oktober oder November zur Folge. Auch anthropogene Emissionszyklen können eine Rolle spielen, zum Beispiel mit dem Einsetzen der Heizperiode bei sinkenden Temperaturen. Als übergeordneter Trend wird eine stetige Zunahme des Kohlenstoffdioxids in der Atmosphäre gemessen, wobei die Konzentration Mitte des 18. Jahrhunderts bei etwa 280 ppmv lag. Dies entspricht einer Steigerung von etwa 40 %, wobei die Steigerungsraten selbst immer weiter zunahmen und auch heute noch zunehmen. Sie liegen bei etwa 1,6 ppmv/a. Die Quellen hierfür sind vielschichtig, haben den Kohlenstoffzyklus jedoch nachhaltig destabilisiert und tragen über den anthropogenen Treibhauseffekt zur globalen Erwärmung bei. Lokal und gerade nahe industriellen Ballungsgebieten kann die Kohlenstoffdioxid-Konzentration auch deutlich über den Normalwerten liegen. Werte von 400 ppmv sind dabei recht häufig. Den Rekord hat der ehemalige Londoner Wintersmog mit 3.000 ppmv (0,3 %) aufgestellt.

Ozon

Ozonwerte werden nicht in Anteilen, sondern in der Dobson-Einheit angegeben. Da die Werte zudem von der Höhe (Ozonschicht, Bodennahes Ozon), sowie von Wetterlage, Temperatur, Schadstoffbelastung und Uhrzeit abhängen, und Ozon sich sowohl schnell bildet als auch wieder zerfällt, ist es in obiger Tabelle nicht aufgelistet.

Physikalische Größen der Luft

Luftdichte

Unter Normalbedingungen ist die Luftdichte gleich 1,293 kg/m3.

Luftdruck

Die Gewichtskraft der von der Erdanziehung beschleunigten Luftsäule erzeugt einen statischen Luftdruck, der mit dem jeweiligen Messpunkt variiert. Dieser ist jedoch zusätzlich von thermischen (Temperatur) und dynamischen Einflüssen (Wetterbedingungen) abhängig.

Lufttemperatur

Als Lufttemperatur wird jene Temperatur der bodennahen Atmosphäre bezeichnet, die weder von Sonnenstrahlung noch von Bodenwärme oder Wärmeleitung beeinflusst ist. Die genaue Definition durch Wissenschafter und Techniker ist je nach Fachgebiet etwas verschieden. In der Meteorologie wird die Lufttemperatur in einer Höhe von zwei Metern gemessen, wofür die klassischen, weiß gestrichenen Wetterhäuschen in freier Umgebung dienen.

Luftfeuchtigkeit

Bei der Luftfeuchtigkeit handelt es sich um den Anteil des Wasserdampfs an der Luft. Sie wird über verschiedene Feuchtemaße wie Dampfdruck und Taupunkt sowie relative, absolute und spezifische Luftfeuchte quantifiziert.

Andere

Unter Normalbedingungen ist die Schallgeschwindigkeit gleich 331,5 m/s. In Näherung zur trockenen Luft, mit den molaren Massen aus den jeweiligen Artikeln der einzelnen Elemente und den entsprechenden Naturkonstanten, besitzt Luft eine molare Masse von 28,9634 g/mol. Der Brechzahl der Luft beträgt unter Normalbedingungen für sichtbares Licht ungefähr 1,00029. Sie hängt von Druck, Temperatur und Zusammensetzung der Luft ab, vor allem aber von der Luftfeuchtigkeit. Entsprechend der Brechzahl ändert sich auch die Lichtgeschwindigkeit innerhalb der Luft. Spezifische Wärmekapazität: :c_p = 1,005 kJ/(kg K) = 0,279 kWh/(Tonne K) (isobar) :c_v = 0,718 kJ/(kg K) = 0,199 kWh/(Tonne K) (isochor)

Luftverschmutzung und Luftreinhaltung

Die Luftverschmutzung ist der auf die Luft bezogene Teilaspekt der Umweltverschmutzung. Gemäß dem Bundes-Immissionsschutzgesetz ist Luftverschmutzung eine Veränderung der natürlichen Zusammensetzung der Luft, insbesondere durch Rauch, Ruß, Staub, Aerosole, Dämpfe oder Geruchsstoffe. Von besonderer Schädlichtkeit sind dabei erhöhte Ozonwerte (Smog) und Schwefeldioxidkonzentrationen (saurer Regen). In den meisten Industrieländern ist die lokale Luftverschmutzung in den letzten Jahrzehnten stark zurückgegangen. Gleichzeitig hat jedoch der Ausstoß von Treibhausgasen wie Kohlendioxid weiter zugenommen. Die lokale und regionale Luftverschmutzung ist aber insbesondere für Länder der dritten Welt sowie Schwellenländer wie zum Beispiel Russland oder China noch ein erhebliches Problem.

Kulturelle Bedeutung

Die griechischen Naturphilosophen hielten Luft für eines der vier Grundelemente, aus denen alles Sein besteht. Dem Element Luft wurde der Oktaeder als einer der fünf Platonischen Körper zugeordnet.

Siehe auch


- Luftverflüssigung

Weblinks


- [http://www.cmdl.noaa.gov/hats/graphs/graphs.html Entwicklung der Spurengasanteile der Luft im Laufe der letzten 15 Jahre] Kategorie:Meteorologie Kategorie:Stoffgemisch Kategorie:Gas ja:空気 ko:대기 ms:Udara simple:Air

Divergenz (Meteorologie)

Wenn Luftmassen in Richtung der Erdoberfläche absinken und schließlich auseinander fließen, spricht man von Divergenz. Zu ihrem Ausgleich muss Luft aus höheren Schichten nachströmen, welche wiederum durch dort zusammenfließende (konvergierende) Luft ersetzt wird. Die Luft erwärmt sich beim Absinken, was deren Wasserdampfkapazität erhöht und folglich mit einer Auflösung der Wolkendecke einhergeht. Dieser Vorgang kann unter anderem im Kern von Hochdruckgebieten beobachtet werden, weshalb diese auch einen Schönwettercharakter besitzen. Die Formel für die Divergenz lautet wie folgt: : \mathrm\,V_2 = \nabla \cdot V_2 = \frac + \frac V_2 ist dabei der 2D-Windvektor, u die zonale und v die meridionale Windkomponente. Es gilt: : \mathrm\,V > 0 \Rightarrow Divergenz : \mathrm\,V < 0 \Rightarrow Konvergenz Kategorie:Meteorologie

Front (Wetter)

Eine Front ist in der Meteorologie eine abrupte Grenze zwischen verschiedenen Luftmassen, verbunden mit vergleichsweise sprunghaften Änderungen des Luftdrucks, der Temperatur und der Windrichtung. Hierbei treten auch charakteristische Änderungen der Wolkenformationen und Witterungsbedingungen auf, wobei die räumliche Skala dieser Änderungen sehr variabel ist und im wesentlichen von der Art der Front abhängt. Ist die Front räumlich stark gebunden, verlagert sie sich also kaum oder nicht, spricht man auch von einer stätionären Front. Den Bereich, in dem Fronten bevorzugt auftreten, bezeichnet man als Frontalzone.

Siehe auch


- Warmfront
- Kaltfront
- Thermischer Frontparameter
- Okklusionsfront
- Tiefdruckgebiet
- Polarfront
- Subtropenfront Kategorie:Meteorologie ja:前線 (気象)

Nordhalbkugel

Als Nordhalbkugel oder nördliche Halbkugel oder nördliche Hemisphäre wird der Teil der Erde bezeichnet, der sich nördlich des Äquators befindet. Der astronomische Sommer geht hier von Juni bis August und der Winter von Dezember bis Februar. Durch die Corioliskraft sind Tiefdruckgebiete und auch z.B. Hurrikane auf der Nordhalbkugel (fast) immer linksdrehend - gegen den Uhrzeigersinn. Die Nordhalbkugel hat wesentlich mehr Landfläche als die Südhalbkugel und wird deshalb auch als Landhemisphäre bezeichnet. Siehe auch: Geografische Breite, Norden, Wasserhemisphäre, Westhemisphäre Kategorie:Geographischer Begriff ja:北半球 ko:북반구 simple:Northern Hemisphere

Uhrzeigersinn

Uhrzeigersinn (UZS) ist die umgangssprachliche Bezeichnung für eine rechtsgerichtete Drehrichtung. Dieser Drehsinn wird auch "rechtsherum" genannt. Die umgekehrte, linksgerichtete Drehrichtung wird Gegenuhrzeigersinn oder "linksherum" genannt.

Etymologie

Die Bezeichnung "Uhrzeigersinn" kommt daher, weil die Zeiger auf einer analogen Uhr sich in diesem Drehsinn bewegen. Historisch geht dieses wiederum möglicherweise auf die Tatsache zurück, dass auf der Nordhalbkugel der Erde der Schattenzeiger von horizontal liegenden Sonnenuhren in dieser Drehrichtung wandert. Bei Objekten, die - anders als z.B. ein Zeiger - symmetrisch zur Drehachse sind, zum Beispiel Räder, Achsen, Knäufe, Kugeln oder Scheiben, scheinen die Bezeichnungen "rechts-" oder "linksherum" zunächst willkürlich, da ja eine Rotationsbewegung beschrieben wird: um das gleiche Maß, um welches das Objekt oben nach rechts bewegt wird, wird es gleichzeitig unten nach links bewegt. Hier ist hilfreich, sich zu merken, dass sich die Bezeichnung "rechts-" oder "linksherum" per Definition auf die Bewegungsrichtung oben bezieht.

Abhängigkeit vom Betrachter

Rotationsbewegung Die Drehrichtung hängt auch von der Richtung ab, von der der Betrachter auf die Drehachse sieht. Beispielsweise bewegen sich die Uhrzeiger im Gegenuhrzeigersinn, wenn man sie vom Uhrwerk aus betrachtet. Die Erde dreht sich von Westen nach Osten (deshalb gehen die Himmelskörper im Osten auf und im Westen unter). Diese Drehrichtung ist im Gegenuhrzeigersinn, wenn man auf den Nordpol sieht, aber im Uhrzeigersinn, wenn man auf den Südpol sieht.

Anwendung

In der Mathematik, Physik, Technik etc. werden Drehungen zumeist im Gegenuhrzeigersinn gemessen bzw. definiert. In der Geodäsie hingegen ist die Angabe von Drehungen im Uhrzeigersinn üblich.

Beispiele im Alltag

Die Gewinde von Wasserhähnen sind so gefertigt, das sie durch Drehung im Uhrzeigersinn geschlossen und durch Drehung im Gegenuhrzeigersinn geöffnet werden. Ein Merkspruch dafür lautet: "Linksrum auf, rechtsrum zu". Kategorie:Physik

Drehsinn

Der Drehsinn wird vom Bogenapparat des Labyrinthorgans der Wirbeltiere vermittelt. In den sogenannten Bogengängen übt die Strömung einer Flüssigkeit (Endolymphe des Ohrlabyrinths) an den Sinneshärchen einen Reiz aus. Das Labyrinthorgan liefert Informationen für die Lageorientierung und über Linear- und Winkelbeschleunigungen des Kopfes. Endolymphe Beim Embryo bilden sich grubenförmige Einsenkungen beiderseits am Kopf zu je zwei Bläschen um. Von einem der Bläschen gehen drei Bogengänge aus, die mit diesem in offener Verbindung stehen und kurz vor ihrem Ende je eine sackförmige Auftreibung (Ampulla) aufweisen. In dem anderen Bläschen (Sacculus) liegen auf einem Polster von Sinneszellen die Statolithen - bei Knochenfischen ein geschichteter Kalkkörper; bei den übrigen Wirbeltieren Calciumcarbonatkristalle. Die Bogengänge verlaufen in drei senkrecht zueinanderstehenden Ebenen. In jeder Ampulle befindet sich ein Organ mit langen Sinneshaaren. Das gesamte Labyrinth ist mit einer Flüssigkeit (Endolymphe) gefüllt. Für die Lageorientierung dient der Statolithenapparat. Siehe auch: Gleichgewichtssinn Kategorie:Sinnesorgan

Südhalbkugel

Als Südhalbkugel oder südliche Halbkugel oder Südhemisphäre wird der Teil der Erde bezeichnet, der sich südlich des Äquators befindet. Der astronomische Sommer geht hier von Dezember bis Februar und der Winter von Juni bis August. Durch die Corioliskraft sind Tiefdruckgebiete und auch z.B. Hurrikane auf der Südhalbkugel immer rechtsdrehend - im Uhrzeigersinn. Die Südhalbkugel hat viel weniger Landfläche als die Nordhalbkugel und wird deshalb auch als Wasserhemisphäre bezeichnet. Hauptsächlich findet man die südlichen Teile Südamerikas und Afrikas, den größten Teil von Indonesien sowie Australien und Neuseeland auf der Südhalbkugel. Zudem verläuft die Sonne auf der Südhalbkugel von Osten über den Norden nach Westen. Siehe auch: Barisches Windgesetz, Geografische Breite, Süden, Landhemisphäre, Westhemisphäre Kategorie:Geographischer Begriff ja:南半球 ko:남반구 simple:Southern Hemisphere

Luftmasse

Der Begriff Luftmasse wird häufig in der Meteorologie und Klimatologie verwendet, wenn relativ einheitliche Teile der Troposphäre beschrieben werden. Bei der Wetterprognose ist die Modellierung von Luftmassen mit einheitlicher Temperatur oder Feuchte eine wichtige Methode, um etwa den Verlauf und die zeitliche Entwicklung von Wetterfronten vorherzusagen. Insbesondere das Aufgleiten von warmen Luftmassen über relativ hierzu kältere Luftmassen ist ein physikalisch gut modellierbarer Vorgang, durch den sich auch die Zunahme der relativen Luftfeuchte und die Entstehung von Wolken bzw. von Niederschlägen recht exakt vorhersagen lassen. Bei manchen Phänomenen sind auch viel großräumigere Berechnungen der Bewegung von Luftmassen möglich - etwa beim globalen, sehr stabilen System der Passatwinde oder der Jetstreams.

Luftmassen Europas

Siehe auch:
- Air Mass für den Begriff der Luftmasse in der Astronomie
- Luft, trockene Luft
- Druckgradient und Temperaturgradient der Erdatmosphäre Kategorie:Meteorologie

Pol (Geographie)

Als Pol bezeichnet man in der Geografie die Schnittpunkte der durch den Schwerpunkt verlaufenden Rotationsachse eines Himmelskörpers mit seiner Oberfläche. Auf der Erde sind es folglich die Schnittpunkte der Erdachse mit der Erdoberfläche. Die Bezeichnungen Nord- und Südpol werden so festgelegt, dass sich der Himmelskörper vom Nordpol in Richtung Mittelpunkt gesehen im Gegenuhrzeigersinn um seine Achse dreht. Ein Himmelskörper, dessen Rotationsachse in einem großen Winkel zur Umlaufbahn um die Sonne steht (bei der Erde und den meisten Planeten des Sonnensystems) hat eine geringe Sonneneinstrahlung an den Polen. Dort sind die Temperaturen daher geringer als etwa am Äquator; bei geeigneten Atmosphärenbedingungen bilden sich unter solchen Umständen Polkappen aus kondensierten Stoffen (Wassereis auf der Erde, Kohlendioxideis auf dem Mars). Siehe auch Erdmagnetfeld, Pol Kategorie:Geographie

Windgeschwindigkeit

Die Windgeschwindigkeit ist der Weg, den Luft pro Zeiteinheit im Raum zurücklegt. Sie ist allgemein als Vektor mit sowohl horizontalen als auch vertikalen Komponenten definiert. Dieser wird jedoch in der Praxis meist auf seine horizontale Komponente beschränkt und durch bestimmte Geschwindigkeitsintervalle in eine Windstärke kategorisiert. Es wird dadurch möglich, den Geschwindigkeitsvektor anwendungsorientiert aufzubereiten, um die jeweils relevanten Elemente hiernach beispielsweise in Wetterkarten eintragen zu können. Für bestimmte Anwendungen wie die Luftfahrt ist jedoch auch die vertikale Komponente der Windgeschwindigkeit wichtig, beispielsweise um Aufwinde für Segelflieger oder Paragleiter abzuschätzen.

Messung

Die Windgeschwindigkeit kann mit einem Windsack oder phänomenologisch beispielsweise über die Beaufort-Skala abgeschätzt werden. Aufwinde lassen sich über Wolkenformationen abschätzen und auch für zahlreiche andere Spezialfälle sind solche mit wenig Aufwand verknüpfte Hinweise hilfreich. Genauer gemessen wird die Windgeschwindigkeit üblicherweise mit einem kleinen rotierenden Windmessgerät, dem Schalenkreuzanemometer. Es existieren inzwischen jedoch auch genauere Ultraschallanemometer und SODAR-Systeme, die die Ausbreitung von Schallwellen zur Erfassung der Windgeschwindigkeit nutzen und auf diese Weise oft auch in der Lage sind, vertikale Profile zu messen.

Einheiten

Die Windgeschwindigkeit wird oft in Meter pro Sekunde (m/s), Knoten (kn) = Seemeilen/Stunde (sm/h) und in den USA auch oft in Meilen pro Stunde (mph) ausgedrückt. Die verschiedenen Einheiten lassen sich wie folgt umrechnen:
- 1 kn = 1 nm/h = 0,514 m/s = 1,852 km/h (exakt)
- 1 m/s = 1,944 kn = 3,6 km/h (exakt) = 2,237 mph
- 1 km/h = 0,540 kn = 0,278 m/s = 0,621 mph
- 1 mph = 0,8690 kn = 0,447 m/s = 1,609344 km/h (exakt)

Klassifikation

Windgeschwindigkeiten werden heute in der Regel nach der Beaufortskala klassifiziert. Sie wurde 1806 von Sir Francis Beaufort entwickelt und ihre Einheit trägt daher auch dessen Namen. Es handelt sich um eine phänomenologische Skala, die entwickelt wurde indem die Auswirkungen des Windes auf Segel und Seegang studiert wurden. Einen Vorläufer bildete die Smeaton-Rouse-Skala von John Smeaton und Rouse, die 1759 das Verhalten von Windmühlenflügeln beschrieben hatten. Andere Klassifikationssysteme bilden die Fujita-Tornado-Skala für Tornados und Downbursts sowie die Saffir-Simpson-Skala für tropische Wirbelsturme.

Variabilität und Extremwerte

tropische Wirbelsturme Der Tagesgang der Windgeschwindigkeit, der im Sommer wesentlich ausgeprägter ist als im Winter, zeigt ein Minimum in den Nachtstunden und eine Auffrischung am Tag. Im Jahresgang, basierend auf entweder Tages- oder Monatsmitteln als langjährige Durchschnittswerte, zeigt ein Minimum im Sommer und zwei Maxima im Frühjahr und Winter. Die höchste Windgeschwindigkeit, die in Deutschland bislang gemessen wurde, lag bei 335 km/h. Sie wurde am 12. Juni 1985 auf der Zugspitze registriert. Sie entsprach rechnerisch dem Beaufort-Wert 23,1.
Die höchste Windgeschwindigkeit in der Schweiz wurde während des Orkans Wiebke auf dem Jungfraujoch mit 285 km/h (Nacht vom 26. auf den 27. Februar 1990) gemessen.

Landmasse

In der Geografie ist die Landfläche oder Landmasse ist derjenige Teil der Erdoberfläche, der sich über den Meeresspiegel erhebt und nicht von Wasser bedeckt ist. Kleinere und verstreute Landflächen innerhalb von Gewässern werden Inseln beziehungsweise früher auch Eilande genannt. Kontinentale Landmassen bezeichnet man als Festland, wobei dieses kleiner als die zugehörigen kontinentalen Lithosphärenplatten und somit auch der Kontinente ist, da zu diesen auch die Schelfgebiete gehören. Landflächen, die direkt an das Meer grenzen, heißen Küsten bzw. früher auch Gestade. Dazu steht im Gegensatz das Binnenland, eine nach allen Seiten weit von einem Meer entfernte Landfläche. Löst sich eine Landfläche und treibt auf dem Gewässer, so entsteht eine Schwimmende Insel. Landflächen reagieren im Gegensatz zu Wasserflächen sehr schnell und stark auf eine variierende Sonneneinstrahlung, weshalb sich diese auch beispielsweise über Nacht schneller abkühlen bzw. am Tag schneller erwärmen und somit im Tagesgang teils erhebliche Temperaturunterschiede aufweisen. Gleiches gilt jedoch auch für den Jahresgang im Verlauf der Jahreszeiten. Je größer die Landmasse dabei ist, desto deutlicher zeigt sich dieser Effekt, welcher daher auch typisch für ein kontinentales Klima ist. Siehe auch: Land, Kontinent, Erde Kategorie:Geomorphologie

Druck (Physik)

Der Druck ist eine systemeigene intensive physikalische Zustandsgröße und zudem eine lineare Feldgröße. Sein Formelzeichen ist p (von engl. pressure) und seine abgeleitete SI-Einheit ist das Pascal. Das Formelzeichen darf hierbei nicht mit der Leistung P (von engl. power) beziehungsweise mit dem Impuls p verwechselt werden. Der Druck hat neben seiner Bedeutung als skalare Zustandsgröße in der Physik auch eine eher umgangssprachliche Bedeutung. Man kann etwa Druck auf einen Nagel ausüben, um ihn in ein Holz zu schlagen. Der Druck (eigentlich die Druckspannung) zwischen Holz und Nagel hängt dabei neben von der auf den Nagel ausgeübten Kraft auch von der Größe der Berührungsfläche zwischen Holz und Nagel ab. Je kleiner diese Berührungsfläche ist, desto größer ist der Druck zwischen Nagel und Holz und desto leichter ist es, den Nagel in das Holz zu drücken. Die Druckspannung ist im Gegensatz zum Druck keine skalare Zustandsgröße.

Druck im Allgemeinen

Unter dem Druck p versteht man den Quotienten einer Kraft F (von engl. force) und der Fläche A (von engl. area), auf die diese Kraft senkrecht zur Fläche wirkt (entgegen der Flächennormalen). Hieraus ergibt sich die Gleichung: : p = \frac Der Druck kann in dieser Vorstellung leicht mit der Kraft verwechselt werden: Die Begriffe Druck und Kraft können oft nur schlecht voneinander abgegrenzt werden, da der Effekt der unterschiedlichen Auflageflächen im Alltag meist unscheinbar ist und somit die wirkende Kraft zum resultierenden Druck proportional ist bzw. als solches empfunden oder gar interpretiert wird. Hierzu ein Beispiel: Ein Nagel hat an seiner Spitze eine sehr kleine Auflagefläche, was nach obiger Formel selbst bei einer geringen Kraft zu einem großen Druck führen kann. Diesen spürt man beim Ausüben einer Kraft auf den Nagel, wenn man ihn mit der Spitze auf die Haut drückt. Dreht man den Nagel um und übt die identische Kraft auf ihn aus, so ist der Druck aufgrund der höheren Auflagefläche wesentlich geringer. Dieser Effekt wird jedoch oft einer höheren Kraft zugeschrieben, anstatt der hierfür verantwortlichen geringeren Auflagefläche. Es ist also wichtig, zwischen Druck und Kraft zu unterscheiden, denn abgesehen davon, dass es sich um grundverschiedene Größen handelt, besitzt die Kraft eine Richtung, der Druck hingegen nicht. "Druck ist eine skalare Größe, nur Lehrer und Autoren scheinen dieses im Grunde ihres Herzens nicht zu glauben." (McClelland, 1987) Das obige Konzept ist eine Vereinfachung des allgemeinen Spannungstensors, wie er aus der Mechanik bekannt ist. Siehe auch: Hertzsche Pressung

Druck in Strömungen

Hertzsche Pressung Der Druck in Strömungen setzt sich aus einem statischen und einem dynamischen Anteil zusammen. Während beide Teile von der Dichte abhängen, unterscheiden sie sich dadurch, dass der (hydro)statische Druck, für Fluide mit konstanter Dichte, linear mit der Höhe der Fluidsäule steigt. Zudem ist er von der Erdbeschleunigung, also der Gravitation, abhängig. Der dynamische Anteil hingegen wächst quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids. Das Bild zur Rechten verdeutlicht die Konstanz der Summe aus dynamischem und statischem Anteil in einer reibungsfreien Strömung. Dies ist die Konsequenz aus der Energieerhaltung in der Strömung und für diesen Spezialfall als Gesetz von Bernoulli bekannt.

Hydrostatischer Druck

Der hydrostatische Druck übt auf jede Fläche, die mit dem Fluid in Verbindung steht, eine Kraft aus, die zur Größe der Fläche direkt proportional ist. Diese Form des Drucks ist somit eine spezielle Form der elastischen Spannungen, die idealen Flüssigkeiten und Gasen eigen ist: In der idealen, (reibungslosen) Flüssigkeit existieren ausschließlich Normalspannungen, eben dieser hydrostatische Druck. Anders ist es in einer zähen Flüssigkeit, denn hier können auch Tangential- oder Schubspannungen infolge der Reibungskräfte auftreten. Im Mohrschen Spannungskreis stellt sich der hydrostatische Druck daher als einfacher Punkt dar. Beispiele für einen hydrostatischen Druck sind der Wasserdruck und der Luftdruck. Der hydrostatische Druck in einer Fluidsäule der Höhe h (auf einer y-Achse) und der Dichte ρ unter Wirkung der Erdbeschleunigung g, wobei mit p(y=0) der Druck auf der Oberfläche der Fluidsäule gemeint ist, ergibt sich als Sonderfall aus der hydrostatischen Grundgleichung zu : p(y=h) = \rho \cdot g \cdot h + p(y=0)

Hydrodynamischer Druck

Der hydrodynamische, oder auch kürzer dynamische Druck, resultiert aus der kinetischen Energie eines massebehafteten Körpers, welcher sich mit einer Geschwindigkeit - der Fluidgeschwindigkeit - fortbewegt. Er ist daher nach Jakob Bernoulli die Bezeichnung für die Zunahme oder Verminderung des hydrostatischen Drucks, die aufgrund einer Bewegung einer Flüssigkeit auftritt. Im einfachsten Fall kann man sich ein horizontal angebrachtes Rohr vorstellen, das einen veränderlichen Durchmesser besitzt. Dieses wird gleichmäßig von der Flüssigkeit durchströmt, wobei von der Reibung abgesehen werden soll. In jeder Zeiteinheit muss durch jeden Querschnitt dieselbe Flüssigkeitsmenge strömen, und deshalb muss die Geschwindigkeit der Strömung dem Querschnitt umgekehrt proportional sein. Die Geschwindigkeit kann von größeren zu kleineren Querschnitten aber nur zunehmen, wenn der Druck in den kleineren Querschnitten höher ist und umgekehrt. Durch die Strömung entstehen also in größeren Querschnitten hydrodynamische Erhöhungen des Druckes, in kleineren Querschnitten Verminderungen des Drucks, infolge derer die in Ruhe befindlichen Druckverhältnisse - der hydrostatische Druck - verändert werden. Der hydrodynamische Druck ist dabei zwar nicht direkt messbar, wird aber zur Geschwindigkeitsmessung des Fluids verwendet. Es gilt: : p = \frac \ \rho \cdot v^2

Einheiten

Die SI-Einheit des Druckes ist das Pascal mit dem Einheitenzeichen Pa. Ein Pascal entspricht einem Druck von einem Newton pro Quadratmeter: : \mathrm Die üblicherweise in Westeuropa benutzte Druckeinheit Bar entspricht 100000 Pa, 1000 hPa oder 100 kPa. Andere teilweise noch zu findende, aber nicht mehr zulässige Druckeinheiten sind:
- 1 Torr = 1 mm Hg = 1 mm Quecksilbersäule = ca. 133,3 Pa
- 1 Meter Wassersäule (mWS) = 0,1 at = 9,807 kPa
- 1 Technische Atmosphäre (at) = 1 kp/cm² = ca. 98069 Pa
- 1 Physikalische Atmosphäre (atm) = 760 Torr = 101325 Pa = 1013,25 hPa = 101,325 kPa.
- 1 psi = 1 lb.p.sq.in. = 144 lb.p.sq.ft = 1/200 tn.sh.p.sq.in = 1/2240 tn.p.sq.in = 0,07030695796 kp/m² = 6894,757293168 Pa

Gasdruck

Der Gasdruck entsteht als Summe aller durch ein Gas oder Gasgemisch wirkenden Kräfte auf eine Gefäßwand. Stößt ein Gasteilchen an eine Wand, so tauschen diese einen Impuls aus. Diese Impulsübertragung hängt zum einen von der kinetischen Energie des Gasteilchens und von der Richtung des Teilchens auf die Wand ab. Für viele Teilchen addieren sich diese Impulsüberträge zu einer Gesamtkraft. Diese hängt hauptsächlich von der Anzahl der Teilchen ab, die pro Zeiteinheit auf die Wand treffen. Man erhält den Gasdruck auch durch eine Addition aller Partialdrücke der Komponenten der Gasgemisches. Hierbei stellen auch Dampfdruck und Sättigungsdampfdruck Sonderformen des Gasdrucks dar. Der Luftdruck ist ein Beispiel für einen Gasdruck. Die kinetische Gastheorie liefert aus den genannten mechanischen und statistischen Überlegungen die Zustandsgleichung: : p = -\frac die sich für die Thermodynamik auch als Definition des Druckes als intensive Größe anbietet (siehe auch Fundamentalgleichung). Für ein ideales Gas führt dies zur thermischen Zustandsgleichung: : p \cdot V = n \cdot R \cdot T Aus ihr lassen sich verschiedene Formeln für den Gasdruck ableiten: : p = \frac : p =\rho \cdot R_s \cdot T : p = \frac \qquad : p = \frac Aus der kinetischen Gastheorie folgt: : p = \frac Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:
- V - Volumen
- T - Temperatur
- n - Stoffmenge
- m - Gasmasse
- ρ - Dichte
- V - Volumen
- Vm - molares Volumen
- kB - Boltzmannkonstante
- R - Universelle Gaskonstante
- Rs - spezifische Gaskonstante
- \sqrt - quadratisch gemittelte Teilchengeschwindigkeit Der gemittelte Impulsübertrag ist im Produkt aus Gaskonstante und Temperatur der Zustandsgleichung enthalten. Beide Begriffe können durch Kolbenprobeexperimente ineinander überführt werden. Der Gasdruck kann äquivalent zur obigen Definition auch als hydrostatischer Spannungstensor, wie er aus der Mechanik bekannt ist, verstanden werden.

Druckmessgeräte

Hauptartikel: Druckmessgerät

Spezielle Drücke und Anwendungen


- Wasserdruck
- Turgor
- Schalldruck
- Staudruck
- Nenndruck
- Gasbetriebsdruck
- Prüfdruck
- Berstdruck
- Hochdruckphysik

Weblinks


- [http://www.sengpielaudio.com/RechnerDruck.htm Umrechnung aller internationaler Druckeinheiten]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/m12_druck.htm Druckeinführung]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/m14_schweredruck.htm Versuche und Aufgaben zum Druck] Kategorie:Mechanik Kategorie:Physik Kategorie:Physikalische Größe Kategorie:Tauchen Kategorie:Thermodynamik ja:圧力 ko:압력 ms:Tekanan

Jetstream

Ein Jetstre