Meteorologie. Hans Häckel

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СКАЧАТЬ wird das möglich, was wir landläufig als Wetter bezeichnen. Ohne Wasser wäre auf der Erde kein Leben möglich, würden ganz andere Erosionsvorgänge ablaufen und würde sich ein Klima einstellen, das mit dem unsrigen kaum etwas gemeinsam hat.

2.1Definitionen und wichtige physikalische Gesetze über das Wasser in der Atmosphäre

      Das auf der Erde vorhandene Wasser wird, wie Tabelle 2.1 zeigt, auf knapp 1,4 Mrd. km3 geschätzt. Davon enthält die Atmosphäre rund 13 000 km3, das sind nicht einmal ganz 0,001 %. Noch einmal eine Größenordnung darunter liegt mit 1000 km3 der Wassergehalt der Lebewesen. Fast 15-mal so viel Wasser wie in der Atmosphäre finden wir in den Flüssen und Binnenseen. Im Boden sammeln sich mit nicht ganz 23,5 Mio. km3 rund 1,7 % des irdischen Wassers, der allergrößte Teil in Form von Grundwasser, nur ein winziger Bruchteil – vergleichbar mit dem in der Atmosphäre – wird als Bodenfeuchte an und zwischen den Bodenteilchen festgehalten. Etwa die gleiche Menge wie im Boden ist in den polaren und grönländischen Eismassen gebunden. Mit knapp 25 Mio. km3 enthalten sie fast 2 % der Gesamtwassermenge. Somit schlägt das Süßwasser mit etwa 3,5 % zu Buche. Der Rest von 96,5 % entfällt auf die Weltmeere, Binnenmeere und Salzseen. Der Anteil des Salzwassers ist also fast 30-mal so groß wie der des Süßwassers.

      Bestenfalls 4 %vol macht der Wasserdampf an der Gesamtmenge der Atmosphärengase aus. Würde sich aller Wasserdampf der Atmosphäre zu Wolken verdichten und ausregnen, so ergäbe sich eine Wasserschicht von nur 25 mm Höhe. Die Erd­atmosphäre enthält 13 000 km3 Wasser in Form von Wasserdampf, Dunst, Nebel, Wolken, Regen, Schnee und Hagel. Mit dieser Menge könnte man den Bodensee (Inhalt etwa 50 km3) über 250-mal füllen. Da im Mittel über die ganze Erde betrachtet die Jahresniederschläge einen See mit knapp 1000 mm Tiefe bilden würden, muss rein rechnerisch der gesamte Wasservorrat der Atmosphäre alle 9 bis 10 Tage einmal völlig umgewälzt werden. Welch atemberaubendes Tempo muss demnach das Wettergeschehen haben?

      Während die Begriffe Eis und Wasser im Sinne von flüssigem Wasser jedem geläufig sind, herrschen bei der gasförmigen Phase, dem Wasserdampf, manchmal falsche Vorstellungen. Wasserdampf im meteorologischen Sinne ist nicht das, was als sichtbare Wolke aus einem Dampfkessel oder einem Kühlturm herauskommt. Wasserdampf ist vielmehr ein farbloses, durchsichtiges Gas, das mit dem Auge überhaupt nicht wahrgenommen werden kann.

      Gut zu wissen

      Wasserdampf ist ein unsichtbares Gas. Der Begriff „Dampfwolke“ ist im meteorologischen Sinne nicht richtig.

2.1.1Feuchtemaße

      Man kann den Wasserdampfgehalt der Luft bequem angeben, indem man sagt, wie viel g Wasser jeder m3 enthält. Diese Größe heißt absolute Feuchtigkeit a, gelegentlich wird sie kurz auch absolute Feuchte genannt. Ihre Einheit ist g Wasserdampf/m3 Luft. Diese Angabe hat aber einen Nachteil. Denkt man sich ein Luftpaket auf ein anderes Niveau verschoben, so ändert sich sein Volumen und damit trotz gleichbleibender Wasserdampfmenge die absolute Feuchte.

      Man verwendet daher lieber eine andere Größe, bei der dieses Problem nicht auftritt: die spezifische Feuchtigkeit oder spezifische Feuchte s. Sie 50 gibt an, wie viel g Wasserdampf in 1 kg feuchter Luft enthalten sind.

      Diese Angabe ist bei Vertikalbewegungen konstant, solange keine Kondensation oder Verdunstung von Wolken oder Niederschlagsteilchen stattfindet. 1 kg Luft bleibt 1 kg, gleichgültig, unter welchem Druck sich das Luftpaket befindet.

      Eng verwandt mit der spezifischen Feuchte ist das Mischungsverhältnis m. Es gibt die Menge des vorhandenen Wasserdampfs in g/kg trockener Luft an. Es unterscheidet sich zahlenmäßig kaum von der spezifischen Feuchte und darf im Allgemeinen durch diese ersetzt werden bzw. umgekehrt.

Tab. 2.1 Die Verteilung des Wassers auf der Erde
			Schichtdicke bei Verteilung auf die gesamte Erde
Gesamter Wasservorrat der Erde:	100 % =	1386 Mio. km3	2718 m
davon enthalten:
Atmosphäre	0,001 % =	0,013 Mio. km3	0,025 m
Lebewesen	<0,001 % =	0,001 Mio. km3	0,002 m
Fließgewässer und Binnenseen	0,013 % =	0,19 Mio. km3	0,4 m
Bodenwasser	0,001 % =	0,017 Mio. km3	0,03 m
Grundwasser	1,69 % =	23,4 Mio. km3	45,88 m
Polareis	1,76 % =	24,4 Mio. km3	47,85 m
Süßwasser zusammen	3,47 % =	48,021 Mio. km3	94,18 m
Salzmeere, Salzseen	96,53 % =	1338 Mio. km3	2624 m
nach Baumann et al. (1974) und Korzun et al. Zit. in Schwoerbel (1993)

      Relative Feuchte

      Aus physikalischen Gründen kann Luft immer nur eine gewisse Höchstmenge an Wasserdampf enthalten. Diese Höchstmenge soll als Sättigungsfeuchte S bezeichnet und in g Wasserdampf/kg feuchter Luft angegeben werden. Die Sättigungsfeuchte hängt sehr stark von der Lufttemperatur ab. Bei tiefen Temperaturen ist sie klein, bei hohen Temperaturen groß. Warme Luft kann demnach viel, kalte nur wenig Wasserdampf aufnehmen. Dieses Naturgesetz führt später noch zu einer ganzen Reihe von sehr wichtigen und interessanten Konsequenzen.

      In Abbildung 2.1 ist der Zusammenhang zwischen der Sättigungsfeuchte und der Temperatur dargestellt. Wie man sieht, kann 1 kg Luft bei –10 °C 1,8 g, bei 0 °C 3,8 g und bei 10 °C 7,6 g Wasserdampf aufnehmen. Mit steigender Temperatur nimmt das Wasserhaltevermögen rasch zu, sodass 1 kg bei 20 °C schon 14,4 g und bei 30 °C sogar 27,2 g Wasserdampf enthalten kann.

      Abb. 2.1 Sättigungsfeuchte in Abhängigkeit von der Lufttemperatur (weitere Erklärungen im Text). 51

      Für rohe Abschätzungen lässt sich daraus eine bequeme Faustformel ableiten, die zwar die Kurvenkrümmung unberücksichtigt lässt, in vielen Fällen jedoch ausreicht. Sie lautet: Im Temperaturbereich von 5 °C bis 30 °C entspricht die Sättigungsfeuchte in g/kg zahlenmäßig etwa der Temperatur in °C minus 10 %.

      Betrachtet man nur solche Fälle, bei denen keine Volumenänderungen, (z. B. infolge von Vertikalverschiebungen) eintreten, dann darf man für die folgenden Betrachtungen auch den Sättigungswert der absoluten Feuchte benutzen, der sich auf einen m3 bezieht und die Einheit g Wasserdampf/m3 Luft besitzt. Für ihn gilt sogar eine noch einfachere Faustformel: Im Temperaturbereich von 5 °C bis 30 °C entspricht der Sättigungswert der absoluten Feuchte in g/m3 zahlenmäßig etwa der Temperatur in °C!

      Setzt man nun die spezifische Feuchte in ein pro­zentuales Verhältnis zur Sättigungsfeuchte bei der augenblicklich herrschenden Temperatur, so erhält man eine neue Angabe über den Wasserdampfgehalt der Luft, die relative Feuchte RF:

      Die relative Feuchte gibt also an, zu wie viel Prozent die Luft wasserdampfgesättigt ist. Zwei Beispiele mögen den Zusammenhang verdeutlichen.

      Zu einem bestimmten Zeitpunkt soll die Luft 7,2 g Wasserdampf/kg enthalten. Die Temperatur sei 20 °C. Dieser Zustand entspricht dem Diagrammpunkt 1 in Abbildung 2.1. Bei 20 °C beträgt die Sättigungsfeuchte 14,4 g/kg. Für die relative Feuchte gilt dann

      Im Diagrammpunkt 2 beträgt der Wasserdampfgehalt 10,0 g/kg bei einer Temperatur von 27 °C. Die Sättigungsfeuchte hat bei 27 °C den Wert 22,4 g/m3. Hieraus errechnet sich СКАЧАТЬ