Die Atmosphäre der Erde (3)

Die Atmosphäre der Erde (3)
Wiederholung: Vertikaler Temperaturgradient
Feuchtadiabatischer Temperaturgradient
Die Temperatur von mit Wasserdampf gesättigter Luft nimmt nur noch mit 0,65 °C pro
100 m ab  bei Kondensation wird „Kondensationswärme“ frei....
Wolkenbildung
Boyle-Mariotte (p*V=const)
Joule-Thomson-Effekt
Entstehung von Schönwetterwolken
(Cumulus humulis)
Die Höhe über dem Erdboden, wo die
Temperatur des Luftpakets den Taupunkt
Erreicht, nennt man Kondensationsniveau
Entstehung von Föhn
Föhnmauer
Öfters sind zur gleichen Zeit am gleichen Ort Wolken in verschiedenen Höhen zu beobachten
Wolkenstockwerke
Stabilität von Luftmassen
Eine reale Luftmasse hat in der Regel einen vertikalen Temperaturverlauf, der nicht einer
Trockenadiabate oder einer Feuchtadiabaten entspricht.
Beispiel: Inversionswetterlage
Ab einer gewissen Höhe nimmt
die Lufttemperatur wieder zu....
Ein Luftpaket kann sich in Bezug auf
die umgebende Luft stabil, labil oder
Indifferent verhalten
Eine Schichtung in der Atmosphäre ist die vertikale Anordnung verschiedener Luftmassen, die durch
eine bestimmte Ausprägung der meteorologischen Elemente (Temperatur, Wind, Luftdruck, u.s.w.)
gekennzeichnet sind. Man unterscheidet zwischen stabiler und labiler Schichtung.
Wellenwolken
Stabile und labile Schichtung von Luftmassen
Stabile Luftmassen sind oft mit „schönem
Wetter“ assoziiert, labile Luftmassen dagegen
mit konvektiver Wolkenbildung ...
 Extremfall:
Wärmegewitter
Vertikale Luftströmungen im Bereich einer Gewitterwolke (Wärmegewitter)
Durchmesser zwischen 5 und 50 km (Superzellen)
Cumulonimbus mit overshoting top
Eine Gewitterzelle ist die kleinste
abgeschlossene Einheit, aus der ein
Gewitter aufgebaut sein kann. Sie
durchläuft immer drei Stadien, ein
Wachstumsstadium, ein Reifestadium und
ein Zerfallsstadium. Eine Gewitterzelle ist
aus einer Cumulonimbuswolke aufgebaut,
in der Auf- und Abwinde auftreten. Häufig
schließen sich mehrere Gewitterzellen
zusammen
und
bilden
größere
zusammenhängende
Einheiten
von
Gewittern.
Aufbau einer Superzelle (Wärmegewitter)
Entstehung der Böenfront am Grund durch zu Boden stürzende Kaltluft bei einer Superzelle
Stadium 1:
Scherwinde aus unterschiedlichen Richtungen
(rote Pfeile) führen zu einer horizontalen
Rotation der Luftmassen (grüne Spirale)
Stadium 2:
Durch die Drehung der Luftmassen (grüne
Spirale) beginnt sich die rotierende Luftsäule
aufzurichten (blauer Pfeil)
Stadium 3:
Die aufgerichtete rotierende Luftsäule (grüne
Spirale) saugt ihrerseits neue Luft in die
Luftsäule, die sich dadurch verstärkt (blaue
Spirale)
Ladungsverteilung in einer Gewitterwolke
Der Ladungsausgleich erfolgt über
Gewitterblitze
Durchbruchfeldstärke in feuchter Luft:
E ~ 3 Millionen Volt / Meter
Ein Blitz besteht i. d. R. aus drei bis vier, manchmal aber auch mehr Hauptentladungen,
die kurz aufeinander folgen. Die Dauer einer Hauptentladung beträgt im Durchschnitt
etwa 30 µs. Dabei fließt ein Strom von etwa 20.000 Ampere, der die Luft im Blitzkanal
auf ca. 30.000 ° erhitzt. Das Gas dehnt sich dabei plötzlich aus und generiert dabei
eine Schallwelle, die als Donnerschlag wahrgenommen wird.
Der Energiegehalt einer Hauptentladung liegt bei etwa 100 kWh (Stromverbrauch einer
Familie in einer Woche).
Die Länge eines Blitzes liegt meist zwischen 1 und 2 km, kann aber auch mehr als 10 km
erreichen („Amboss“ – Erdboden)
Häufigkeit von Blitzen