- Titel: Umweltphysik
- Autor: waesch
- Organisation: UNI HEIDELBERG
- Seitenzahl: 8
Inhalt
- Physik IV Umweltphysik
- Was ist Umweltphysik
- Inhalte der Vorlesung
- Einführung in die Umweltphysik
- Das KlimaSystem Erde
- Wasser und Luft auf der Erde
- Die Atmosphäre Statik
- Alles Wasser der Erde Kugel mit R km
- Die Zusammensetzung der Atmosphäre
- Die Atmosphäre verändert sich
- CO Anstieg in der Atmosphäre direkt gemessen seit
- Wasserdampf Troposphäre stark Tabhängig Stratosphäre ppm
- Menschheit bewirkt globale Umweltveränderungen
- KohlendioxidAnstieg in der Atmosphäre
- Neumayer South Pole Schauinsland UBA
- MethanAnstieg in der Südhemisphäre
- CH Southern hemisphere
- Druckprofil in der Atmosphäre
- Mit der Skalenhöhe
- Dichte eines idealen Gases
- m Mn Mp V V RT
- M Molmasse der Luft gmol Also
- Skalenhöhe der Atmosphäre
- Entmischung der Atmosphäre
- Reichern sich schwerere Gase in Bodennähe an
- Verschiedene Gase bei T C
- Antwort Nein Bis in km Höhe turbulente Mischung
- Der adiabatische Temperaturgradient
- dQ dU pdV c v dT pdV
- Der adiabatische Temperaturgradient
- K K K m m km
- pdV c p dT c v dT Vdp
- dp Mg dz p RT
- Einsetzen Gasgesetz Also
- dQ c p dT Vdp
- dp c p dT Mgdz p
- dT K dz km
- dT Mg dz cp
- Beschreibung eines Phasenüberganges mit der ClausiusClapeyronGleichung
- L dp dT T v v
- Phasendiagramm von Wasser
- dps L dT ps RD T
- L Verdampfungswärme Integration ergibt
- RT RD T pMW p
- mit RD RMW J kg K Also
- dp Lp dT RD T
- zB T C p mbar L J kg
- pR T konst T konst p
- Adiabatische Temperaturgradienten in der Troposphäre
- Definitionsgleichung für die potentielle Temperatur
- Stabilität und potentielle Temperatur
- Stabilität und potentielle Temperatur
- Quelle Wells The Atmosphere and Ocean
- Profile von T und in unterer Atmosphäre
- Stockwerkaufbau der Atmosphäre
- Strahlungsheizung durch O UV
- Strahlungskühlung durch HO CO
- Hydrosphäre und Ozean Statik
- Der hydrologische Kreislauf elementar
- Flüsse in kma
- Atmosphäre Flüsse Biosphäre
- Gesamter Wasserfluss kma Pro m mma
- Eigenschaften von Wasser
- Wasser besitzt viele bemerkenswerte physikalische Eigenschaften
- Ozean und Hydrosphäre im Klimasystem
- Dielektrizitätskonstante Höchste aller Flüssigk außer HO und HCN
- Änderung des Wärmeinhaltes der Ozeane
- Dichteanomalie und Dichteschichtung
- aus Levitus et al Geophys Res Lett doiGL
- Beschreibung der relativen Dichteänderung mit Temperatur
- Dichte als Funktion von Temperatur und Salz
- TS für natürliche Wässer TS für Meerwasser
- Reines Wasser bei C Dichtemaximum
- T linear T quadratisch
- T max Tgefrier
- Temperaturverteilung im Ozean
- Temperatur und Salzverteilung im Atlantik
- Druckprofil im Ozean
- Mit konstanter Dichte folgt der hydrostatische Druck
- p z p gz
- Potentielle Temperatur Dichte und Stabilität
- T TS S
- zz Tz zz Szpz dz
- zz Tz z z
- Bei konstantem S ist Wassersäule stabil wenn ddz
- Profile von T und im tiefen Ozean
- Stabilität im Ozean
- für S konst ddz ddz stabil
- Extremer Effekt in sehr großer Tiefe Philippines Deep
- ddz ddz instabil
Vorschau
Physik IV Umweltphysik
W. Aeschbach-Hertig
Institut für Umweltphysik Physik IV – Umweltphysik, 1. Einführung Universität Heidelberg
Was ist Umweltphysik?
• Die Umweltphysik erforscht physikalische Prozesse in der Umwelt mit physikalischen Methoden • Umweltsysteme: Einfluss auf menschlichen Lebensraum – Atmosphäre (Luft, Gashülle) – Hydrosphäre (Ozeane, Seen, Flüsse, Grundwasser) – Lithosphäre (Erdkruste) / Pedosphäre (Boden) – Kryosphäre (Eisschilde, Gletscher, Meereis) – Biosphäre (Flora und Fauna) • Physikalische Prozesse in der Umwelt – Strahlung, Strömung, Transport, Mischung, etc. – Stoff- und Energieflüsse (Kreisläufe) • Physikalische Methoden in der Umweltforschung – Spektroskopie, Massenspektrometrie, Radiometrie, etc. – Numerische Lösung physikalischer Modelle
Inhalte der Vorlesung
1. Einführung in die Umweltphysik: Das System Erde und seine Kompartimente, Statik der Geofluide 2. Strahlung und Klima: Strahlungsbilanz, Treibhauseffekt und Strahlungstransport 3. Geophysikalische Fluiddynamik: Kontinuumsmechanik, Navier-Stokes-Gleichung und Turbulenz, Transport 4. Strömungen in Atmosphäre und Ozean: Geostrophische Näherung, globale irkulation, Grenzschichten 5. Grundwasser und Boden: Laminare Strömungen und Transport in porösen Medien 6. Eis, Isotope und Paläoklima: Eisschilde, Isotopenmethoden,Klimaarchive und -geschichte
Skript, Vorlesungsunterlagen
• Die Vorlesung folgt weitgehend dem Skript aus dem SS04 (Levin, I., Vorlesungsskript Physik IV – Umweltphysik) und zum Teil auch dem älteren Skript von Prof. U. Platt (SS02). • Skripte und Präsentationen sind erhältlich via Web: Homepage Physik IV – UP www.iup.uni-heidelberg.de/institut/studium/lehre/physikIV • Weiterführende Umweltphysikvorlesungen, z. T. mit Unterlagen, siehe www.iup.uni-heidelberg.de/institut/studium
Literatur
• Roedel, W., Physik unserer Umwelt: Die Atmosphäre (3. Auflage: Springer, Heidelberg, 2000) • Bergmann-Schäfer, Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd.7, Erde und Planeten (de Gruyter, Berlin, 1997) • Peixoto, J.P. and Oort, A.H., Physics of Climate (American Institute of Physics, New York, 1993) • Wells, N., The Atmosphere and Ocean (2. Auflage, John Wiley & Sons, Chichester, 1997) • Pedlosky, J., Geophysical Fluid Dynamics (2. Auflage, Springer Verlag, Heidelberg, 1987) • Broecker, W.S., Labor Erde (Springer-Verlag, Heidelberg, 1994)
(How To Build A Habitable Planet, Eldigio Press, New York 1985)
1. Einführung in die Umweltphysik
Das System Erde und seine Kompartimente, Statik der Geofluide 1) Das (Klima-)System Erde 2) Atmosphäre (Statik) – usammensetzung und “global change” – Dichte, Schichtung, potentielle Temperatur 3) Hydrosphäre und Ozean (Statik) – Der hydrologische Kreislauf, Wasser im Klimasystem – Ozean und Seen: Dichte, Schichtung, pot. Temperatur
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1.1 Das (Klima-)System Erde
Sonneneinstrahlung
Atmosphäre
Ozeane
Kryosphäre
Biosphäre
Grundwasser
Dynamik: Navier-StokesGleichung
Hydrologischer Kreislauf
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Wasser und Luft auf der Erde
1.2 Die Atmosphäre (Statik)
• Relativ dünner Gasfilm (99 % der Masse in < 30 km Höhe) • Mobilstes Teilsystem, ermöglicht raschen Transport • Rolle im Klimasystem: – Schauplatz des Wetters (Troposphäre,