Umweltphysik

  • Titel: Umweltphysik
  • Autor: waesch
  • Organisation: UNI HEIDELBERG
  • Seitenzahl: 8

Skript herunterladen (PDF)

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

6

1

1.1 Das (Klima-)System Erde

Sonneneinstrahlung

Atmosphäre

Ozeane

Kryosphäre

Biosphäre

Grundwasser

Dynamik: Navier-StokesGleichung

Hydrologischer Kreislauf

7 8

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,