Umweltsysteme Luft. Eine Einführung in die Physik und die Chemie der Atmosphäre. Prof. Dr. Thomas Foken Universität Bayreuth. Abt.

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1 Eine Einführung in die Physik und die Chemie der Atmosphäre Prof. Dr. Thomas Foken Universität Bayreuth Übung/Klausur: Dr. Johannes Lüers

2 Gliederung der Vorlesung 2. Physik Atmosphäre 3. Atmosphärische Chemie 4. Klimatologie 5. Atmosphärische Grenzschicht 6. Angewandte Meteorologie

3 Bedeutung der Vorlesung im Ingenieurstudium Hilfsmittel zur Unterstützung der Vorlesung Definition der Meteorologie Aufbau und Zusammensetzung der Atmosphäre Messung meteorologischer Elemente

4 Bedeutung der Vorlesung im Ingenieurstudium Die Atmosphäre ist der Raum der meisten menschlichen Aktivitäten und beeinflusst diese nachhaltig bzw. die Aktivitäten haben auch zunehmend Einfluss auf Zusammensetzung und Energieverteilung in der Atmosphäre. Die Atmosphäre ist ein offenes System, so dass zu deren Überwachung eine Vielzahl von meteorologischen Elementen notwendig ist. Atmosphärische Prozesse sind bei vielen ingenieurtechnischen Richtlinien zu berücksichtigen (TA Luft, TA Lärm, KTA).

5 Hilfsmittel zur Vorlesung Literatur Foken, Th.: Angewandte Meteorologie, Mikrometeorologische Methoden, Berlin, Heidelberg: Springer 2003, 289 S. Hupfer, P.: Unsere Umwelt: Das Klima. Stuttgart, Leipzig: B. G. Teubner Verlagsgesellschaft 1996, 335 S. Hupfer, P., Kuttler, W., (Hrsg.): Witterung und Klima. Begründet von E. Heyer, 11. Aufl., Stuttgart, Leipzig: B. G. Teubner Verlagsgesellschaft 2005, 554 S. Kraus H. (2000): Die Atmosphäre der Erde. Vieweg, Braunschweig, 470 S. Roedel, W.: Physik unserer Umwelt, Die Erdatmosphäre. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2. Aufl., 1994, 467 S. Stull, R. B. (2000): Meteorology for Scientists and Engineers. 2. Aufl., Brooks/Cole, Pacific Grove, 502 S. (Grundlage für Vorlesung) Zmarsly, E., Kuttler, W., Pethe, H.: Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. Stuttgart: Ulmer Verlag 1999, 168 S.

6 Hilfsmittel zur Vorlesung Literatur Foken, Th.: Angewandte Meteorologie, Mikrometeorologische Methoden, 2. Aufl., Berlin, Heidelberg: Springer 2006, 326 S. (Grundlage für Mikrometeorologie) Hupfer, P.: Unsere Umwelt: Das Klima. Stuttgart, Leipzig: B. G. Teubner Verlagsgesellschaft 1996, 335 S. Hupfer, P., Kuttler, W., (Hrsg.): Witterung und Klima. Begründet von E. Heyer, 11. Aufl., Stuttgart, Leipzig: B. G. Teubner Verlagsgesellschaft 2005, 554 S. Kraus H. (2004): Die Atmosphäre der Erde. 3. Aufl., Vieweg, Braunschweig, 422 S. Roedel, W.: Physik unserer Umwelt, Die Erdatmosphäre. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 3. Aufl., 2000, 498 S. Stull, R. B. (2000): Meteorology for Scientists and Engineers. 2. Aufl., Brooks/Cole, Pacific Grove, 502 S. (Grundlage für Vorlesung) Zmarsly, E., Kuttler, W., Pethe, H.: Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. 2. Aufl., Stuttgart: Ulmer Verlag 2002, 176 S.

7 WEB-Seite der Hilfsmittel zur Vorlesung WEB-Darstellung Allgemeine Übersicht zu Lehrveranstaltungen Spezielle Seite zu Umweltsysteme Luft mit Download- Funktion für Folien, Formelsammlung etc. Formelsammlung für Meteorologie- Vorlesung der Geoökologen Skript für Meteorologie- und Klimatologievorlesung der Geoökologen bei Fachschaft Fak. II Wiederholung Schulwissen der phys. Geografie vor Beginn jedes WS Beispielaufgaben für Übung Stellenangebote

8 Meteorologie Wissenschaft der Atmosphäre Ursprung: Aristoteles ( v.u.z.) Lehre von den Meteoren Gegenstand ist das in Raum und Zeit definierte Verhalten der Atmosphäre (Flemming, 1997)

9 Einteilung der Meteorologie als Physik und Chemie der Atmosphäre Theoretische Meteorologie Grundlagenbereiche der Meteorologie Experimentelle Chemie der Synoptische Klimatologie Meteorologie Atmosphäre Meteorologie Mikrometeorologie Mikroklimatologie Wettervorhersage Angewandte Bereiche der Meteorologie Satellitenmeteorologimeteorologie Hydro- Technische Biometeorologie Meteorologie und weitere Agrarmeteorologie

10 Der Schichtenaufbau der Atmosphäre Hupfer, P.: Unsere Umwelt: Das Klima. Teubner Verlagsges., 1996, 335 S.

11 Zusammensetzung trockener Luft auptgase Vol% Spurengase ppm(vol.) tickstoff, N 2 78,09 Kohlendioxid, CO *) [0,038 Vol%] auerstoff, O 2 20,95 Neon, Ne 18 rgon, Ar 0,93 Helium, He 5 Krypton, Kr 1 Wasserstoff, H 2 0,5 Ozon, O 3 0,5 *) Xenon, Xe 0,08 *) variable Bestandteile (Stand etwa 1995) Hupfer, P.: Unsere Umwelt: Das Klima. Teubner Verlagsges., 1996, 335 S.

12 Entwicklung der Erdatmosphäre Hupfer, P.: Unsere Umwelt: Das Klima. Teubner Verlagsges., 1996, 335 S.

13 Anthropogener Anstieg atmosphärischer Gase seit beginn des Industriezeitalters

14 Messung meteorologischer Elemente Wetterhütte mit klassischer Messtechnik und elektrischer Messtechnik Bodentemperaturmessfeld Meteorologische Station Lindenberg, Foto: Th. Foken

15 Wetterhütte Innenansicht Minimumthermometer Maximumthermometer Elektr. Temp.-Feuchtegebe Hygrometer Psychrometerthermometer Aspirator Thermohygrograph Meteorologische Station Lindenberg, Foto: Th. Foken

16 Messung meteorologischer Elemente Klimaelement Messhöhe spezielle Anforderungen Lufttemperatur 2 m Wetterhütte Maximumtemperatur 2 m Wetterhütte (7-19 Uhr) Minimumtemperatur 2 m Wetterhütte (19-7 Uhr) Bodentemperatur -0,05; -0,1; -0,2; -0,5; -1,0 m Minimum am Erdboden 0,05 m (19-7 Uhr) Luftfeuchte (relative) 2 m Wetterhütte Niederschlag 1 m 200 cm 2 Auffangfläche (D) 7 Uhr, dem Vortag zurechnen Luftdruck genaue Höhe über NN Innenraum, Reduktion auf NN und 0 C Windgeschwindigkeit 10 m freier Standort Windrichtung 10 m freier Standort

17 Mittelwerte von meteorologischen Elementen A) Tagesmittelwerte (Zeiten in MEZ) 1. Mittel aus den 3stündigen Beobachtungsterminen 1 X = ( X 1+ X 4 + X 7 + X 10 + X 13 + X 16 + X 19 + X 22 ) 8 2. Mittel aus 3 Terminwerten (T: Temperatur) 1 = ( X 3 1 : 30 + X 14:30 + X 21 : 30 ) bzw. T = (T 7:30 +T 14: T 4 X 7 21: 30 ) B) Langjährige Mittelwerte über 30 Jahre (z. Z )

18 Mittelwerte von meteorologischen Elementen A) Tagesmittelwerte (Zeiten in MEZ) 1. Mittel aus allen Messwerten (stündl. oder 10 min.) 2. Mittel aus den 3stündigen Beobachtungsterminen 1 X = ( X 1+ X 4 + X 7 + X 10 + X 13 + X 16 + X 19 + X 22 ) 8 3. Mittel aus 3 Terminwerten (T: Temperatur) 1 = ( X 3 1 : 30 + X 14:30 + X 21 : 30 ) bzw. T = (T 7:30 +T 14: T 4 X 7 21: 30 B) Langjährige Mittelwerte über 30 Jahre (z. Z ) )