Einführung in die Meteorologie

Einführung in die Meteorologie

Christoph Jacobi, Institut für Meteorologie der Universität Leipzig, Email: jacobi@uni-leipzig.de Internet: http://www.uni-leipzig.de/~jacobi

Inhalt

usammensetzung der Atmosphäre Grundgleichungen zur Beschreibung der Atmosphäre Vertikaler Aufbau der Atmosphäre Allgemeine irkulation Klimasystem

Literatur

Hupfer, P., Kuttler, W. (Hrsg.): Witterung und Klima. Eine Einführung in die Meteorologie und Klimatologie. 12., überarbeitete Auflage, 2006, Teubner, Stuttgart, Leipzig, 554 S., ISBN 38351-0096-3. Liljequist, G. H., Cehak, K.: Allgemeine Meteorologie. Springer Verlag, 3. Aufl. 1984. Nachdruck 2006, 412 S., ISBN-10: 3-540-41565-3, ISBN-13: 978-3-540-41565-7

Internet

Diese Unterlagen Institut für Meteorologie Einführungsvorlesung Meteorologie: z.T. mit Skript Deutscher Wetterdienst Wetterlexikon des DWD Meteorologie in Deutschland Georgs Wetterzentrale http://www.uni-leipzig.de/~jacobi/SQ/intern http://www.uni-leipzig.de/~meteo/ http://www.uni-leipzig.de/~jacobi/vor_ein http://www.dwd.de/ http://www.dwd.de/de/SundL/Freizeit/ Hobbymeteorologen/Wetterlexikon/ http://www.muk.uni-hannover.de/ meteorologie-in-deutschland/ http://www.wetterzentrale.de/

 usammensetzung – gasförmige Bestandteile

Einteilung in Hauptbestandteile und Spurengase. Letztere treten in wesentlich geringerer Konzentration auf, können aber in der Luftchemie oder bei Strahlungsprozessen euibe entscheidende Rolle spielen.

Gas Hauptbestandteile Stickstoff Sauerstoff Argon Spurengase * * * Kohlendioxid Wasserstoff Methan Lachgas Kohlenmonoxid Ammoniak Schwefelwasserstoff Ozon CO2 H2 CH4 N2O CO NH3 H2S O3 0,038 0,5 ppm 1,5 ppm 0,5 ppm 0,05 ppm 0,01 ppm 0,1 ppb 0,03 ppm 0,32 ppm Edelgase Neon Helium Krypton enon Radon Ne He Kr e Rn 18,2 ppm 5,24 ppm 1,0 ppm 0,08 ppm 6⋅10-18 nichtbeständig ~107 a 2004, ansteigend ansteigend ansteigend 5 – 200 a beständig 12 a 114 a 0,2 – 0,5 a 5d 1d Stunden bis Tage eichen N2 O2 Ar Vol% 78,09 20,95 0,93 Edelgas Bemerkung atmosphärische Verweildauer 3,9⋅106 a 5⋅103 a ~107 a

*

Troposphäre (zunehmend) Stratosphäre (abnehmend)

usammensetzung der Homosphäre (ohne Wasserdampf). Treibhausgase sind mit * gekennzeichnet. ppm („parts per million“) = 10-4%, ppb („parts per billion“) = 10-7 % Die Hauptbestandteile der Atmosphäre liegen bis in etwa 80 km Höhe in konstanten Anteilen vor („Homosphäre“, „Turbosphäre“), erst darüber entmischen sich die Bestandteile, und schwere Gase nehmen nach oben hin schneller ab („Heterosphäre“, Diffusosphäre“)

Atmosphärischer Wasserdampf ist sehr variabel. Der Anteil schwankt von fast 0 bis 4%. Der maximal mögliche Dampfdruck ist temperaturabhängig. Wird er überschritten, bzw. sinkt die Temperatur unter den Minimalwert bei einem bestimmten Dampfdruck, kommt es zu Kondensation (Wolken-, Nebelbildung). dabei wird Wärme frei.

100

8

Sättigungsdampfdruck (hPa)

Sättigungsdampfdruck (hPa)

80

über W asser ü b e r E is

7 6 5 4 3 2 1 0

-5 0 -4 0

über W asser ü b e r E is

60

40

20

0

-5 0 -4 0 -3 0 -2 0 -1 0 0 10 20 30 40 50

-3 0

-2 0

-1 0

0

10

T e m p e ra tu r (°C )

T e m p e ra tu r (° C )

Da die Temperatur mit der Höhe abnimmt, nimmt der Wasserdampfpartialdruck mit der Höhe stärker ab als der Gesamtdruck. 50% des Wasserdampfes finden sich in den untersten 2.5 km der Atmosphäre, während sich der Gesamtdruck erst in 5,5 km halbiert.

usammensetzung – Aerosole

Quellen von Aerosol (Hupfer/Kuttler) natürlich Einzelquellen Meersalz Mineralstaub biologisch Vulkane Waldbrände Gas-Partikel-Konversion zusammen Partikelemission Gas-Partikel-Konversion zusammen Quellstärke (Mio T/Jahr) 1000-2000 60-1800 50-80 4-33 3-150 200-1300 1300-5400 54-126 180-270 200-400

anthropogen

Größenverteilung von Aerosol: Aerosole haben eine Radius von typischerweise 10- >1000nm. Die Verteilung weist ein, gelegentlich mehrere Maxima auf. Ein Maximum findet sich oft im Bereich von ~100nm. Die Partikelanzahl schwankt zwischen 100 Partikeln/cm3 in sehr reiner Luft und 100000 Partikeln/cm3 in stark verschmutzten Gebieten.