Mikronetz (Wettervorhersage, Messungen und die Wirklichkeit)

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1 Praktikum Beobachtungsnetze Versuch D Mikronetz (Wettervorhersage, Messungen und die Wirklichkeit) Radiosondenaufstieg in Payerne September 2016

2 Inhaltsverzeichnis 1 Ziele 1 2 Fragen zur Vorbereitung aufs Kolloquium 2 3 Theorie extratropische Zyklonen Entstehung und Entwicklung einer Zyklone - Das Bergen Modell Wetterverlauf beim Durchzug einer extratropischen Zyklone Wetterkarten Radiosondierungen Radiosonde Analyse einer Sondierung Das SkewT-logP-Diagramm Bestimmung verschiedener Niveaus mit Hilfe der skew-t-log-p Diagramme Aufgaben Aufgabe 1: Vorbereitung Radiosondierung Aufgabe 2: Wetterkarten Aufgabe 3: Wochenverlauf verschiedener Messsysteme/Relative Feuchte Aufgabe 4: Auswertung Radiosondierungen Aufgabe 5: SkewT-logP-Diagramm Anhang Psychrometerauswertung Sättigungsdampfdruck Messgeräte der Meteostation auf dem CHN-Dach i

3 1 Ziele Die Studenten sollen nach dem Versuch D in der Lage sein... die Bildung und Entwicklung von Tiefdruckgebieten zu beschreiben. Bodenwetterkarten zu lesen und interpretieren und Warmfronten, wie auch Kaltfronten zu unterscheiden. SkewT-logP-Diagramme von Radiosondierungen zu lesen und zu interpretieren. Die Einflüsse und Quellen für systematische Fehler auf lokale Messungen beurteilen zu können. 1

4 2 Fragen zur Vorbereitung aufs Kolloquium 1. Was sind die typischen Entwicklungsstadien einer Zyklone? 2. Was versteht man unter einer Radiosondierung? 3. Was sind typische Wettererscheinungen an der Kalt- bzw. Warmfront und im Warmsektor? 3 Theorie 3.1 extratropische Zyklonen Als extratropische Zyklonen werden Zyklonen der mittleren Breiten bezeichnet. Sie sind charakterisiert durch horizontale Temperatur- und Feuchtegradienten, die Bildung von Fronten und die Formation eines Tiefdruckgebietes. Zur Entstehung und Entwicklung einer extratropischen Zyklone gibt es mehrere Theorien. Im Rahmen dieses Praktikums wird die älteste und weitverbreitetste Theorie vorgestellt, welche in Bergen (Norwegen) entwickelt wurde Entstehung und Entwicklung einer Zyklone - Das Bergen Modell Extratropische Zyklonen bilden sich entlang Frontalzonen, d.h. an Zonen, in denen zwei unterschiedliche Luftmassen aneinandergrenzen. Die Polarfront ist die dominierende Frontalzone für die Bildung der bei uns üblichen extratropischen Zyklonen. Dringen entlang der Polarfront (durch eine Störung) kalte Luftmassen nach Süden so entsteht zunächst eine kleine Deformation. Auf deren Vorderseite dringt warme Luft aus dem Süden nach Nordosten. Auf diesem Wege bilden sich eine Kaltfront und eine Warmfront aus. Solche jungen extratropischen Zyklonen weisen noch einen ausgeprägten Warmsektor, d.h. einen grossen, mit subtropischer Warmluft angefüllten Bereich zwischen der Kalt- und Warmfront auf. Aufgrund der vorherrschenden Westwinde in den mittleren Breiten bewegt sich die neu entstandene extratropische Zyklone typischer Weise nach Osten. Während der weiteren Entwicklung der extratropischen Zyklone gleitet die subtropische Warmluft aufgrund ihrer geringeren Dichte auf der polaren Kaltluftmasse auf, während sich die Kaltluft genau umgekehrt wie ein Keil unter die Warmluft schiebt und diese vom Boden abhebt. Da die Kaltfront stets rascher vorankommt als die Warmfront, wird der Warmsektor stets verkleinert. Schliesslich holt die Kaltfront die Warmfront ein. Den Vorgang des Zusammenschliessens der zwei Fronten (welcher im inneren der extratropischen Zyklone beginnt), bezeichnet man als Okklusion. Abhängig von der Temperatur der Luftmassen vor der Warmfront wird zwischen einer Kaltfrontokklusion und einer Warmfrontokklusion unterschieden. Ist die Luft vor der Warmfront wärmer als die hinter der Kaltfront, so findet eine Kaltfrontokklusion statt, bei der beide Luftmassen (die der Warmfront und davor) von der Kaltluft angehoben werden. Ist die Luft vor der 2

5 Abbildung 3.1: Schematische Darstellung der Entwicklung einer extratropischen Zyklone, von der Anfangsstörung bis zur Okklusion. Die Linie mit dem Dreieck neben dem Halbkreis stellt die Okklusionsfront dar, die Linie mit den Dreiecken/Halbkreisen die Kalt- bzw. Warmfront. Warmfront kälter als die hinter der Kaltfront, so schiebt sich die Luftmasse der Kaltfront zwischen die der Warmfront und der kühlen Luft vor der Warmfront. Im Endstadium einer Zyklone, ist das ehemalige Tiefdruckgebiet am Boden im wesentlichen mit Kaltluft angefüllt und in der Höhe ist zunächst noch ein Wirbel zu erkennen. Die Schematische Darstellung des Lebenszyklus einer extratropischen Zyklone ist in Abbildung 3.1 dargestellt Wetterverlauf beim Durchzug einer extratropischen Zyklone Extratropische Zyklonen beeinflussen mit ihrer Unbeständigkeit weitgehend das Wetter in Mitteleuropa. In Abbildung 3.2 ist der Wetterverlauf beim Durchzug einer extratropsichen Zyklone dargestellt. In der obersten Abbildung sieht man die Lage der Fronten sowie die Niederschlagverteilung. In der mittleren Abbildung ist ein Vertikalschnitt einer extratropischen Zyklone mit der Warm- und Kaltfront, sowie der damit verbundenen Bewölkung dargestellt. Der unterste Teil zeigt die Entwicklung der Temperatur und des Luftdrucks beim Durchzug einer extratropischen Zyklone. An der Warmfront gleitet die leichtere warme Luft auf den kälteren Luftmassen langsam auf. Aufgrund des gemässigten vertikalen Aufstieges der Luftmassen bilden sich Schichtwolken. Zunächst bildet sich Nimbusstratus, welcher lang anhaltenden Landregen (Nieselregen) mit sich bringt. Gleitet die Warmluft weiter auf, so bilden sich Altostratus (keine Niederschlagsbildung mehr) und noch höher in der Atmosphäre Cirruswolken (pure Eiswolken). So kann man das Kommen einer Warmfront anhand von Westen aufziehenden und sich verdichtender Cirruswolken erkennen. Im anschliessenden Warmsektor kann es zunächst zu einem Auflösen der Wolkendecke und einem damit verbunden Temperaturanstieg kommen. Während der Warmsektor durchzieht, sind keine markanten Wettererscheinungen zu beobachten. 3

6 Die folgende Kaltfront ist durch einen deutlichen Temperaturrückgang um einige Grad gekennzeichnet. Durch das rapide Anheben der wärmeren Luft an der Kaltfront können hochreichende Konvektionswolken (Cumulus, oder Cumulusnimbus) entstehen. Ein Kaltfrontendurchzug ist daher durch starke Schauerregenfälle mit grossen Tropfen und teilweise auch Hagelbildung gekennzeichnet. Die Heftigkeit dieser Wettererscheinungen hängt allerdings stark vom Temperaturprofil und dem Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre ab. So sind Kaltfrontendurchzüge im Winter in der Regel gemässigter als im Sommer (Wie können Sie das erklären?). Nach dem Durchzug einer Kaltfront, im sogenannten Kaltsektor, ist die Luft meist klar mit vereinzelter Cumulusbewölkung. Abbildung 3.2: Schematische Darstellung des Wetterverlaufes beim Durchzug einer extratropischen Zyklone. 3.2 Wetterkarten Die Felder der meteorologischen Variablen (z.b. Temperatur, Druck, Niederschlag, usw.) werden auf Wetterkarten dargestellt. Es gibt Analyse- und Vorhersagekarten. Sie sind immer mit einer Zeitangabe versehen (meist koordinierte Weltzeit (UTC); diese ist eine Stunde hinter der mitteleuropäischen Zeitzone (MEZ), bzw. zwei Stunden hinter der Sommerzeit), die über den Zeitpunkt der Beobachtungen oder der Gültigkeit der 4

7 prognostizierten Variablen Auskunft gibt. Bodenwetterkarten enthalten drei Arten von Eintragungen: Isobaren: Linien gleichen Luftdrucks. Die Bodendruckangaben sind immer auf Meeresniveau reduziert, damit sie direkt miteinander vergleichbar sind. In der Schweiz wird der Luftdruck an Stationen bis 750 m ü. M. auf Meereshöhe reduziert. Bei höher gelegenen Stationen wird hingegen auf das nächstfolgende Standardniveau reduziert (z.b. 850 hpa). Dadurch wird der Interpolationsfehler reduziert. Die Form der Isobaren erlaubt es, Hoch und Tiefdruckgebiete zu unterscheiden. Auch Richtung und Stärke des geostrophischen Windes am Erdboden kann man sich aus dem Verlauf der Drängung der Isobaren vorstellen. Fronten: Fronten sind Gebiete, in denen der Gradient der Lufttemperatur deutlich grösser ist als in der Umgebung. Die in den Wetterkarten eingezeichneten Linien bezeichnen dann das Maximum dieser Gradienten. Stationsmeldungen: Meldungen der einzelnen Wetterstationen über das vorherrschende Wetter, wie z.b. den Luftdruck, Temperatur, Taupunkt, Windrichtung und Geschwindigkeit, Bedeckungsgrad und Art der Bewölkung (Siehe Abbildung 3.3). Somit kann man anhand der Stationsmeldungen, die für die Fronten typischen Merkmale auf der Wetterkarte erkennen. Abbildung 3.3: Stationskreis mit Erklärungen zu den verschiedenen Zahlen und Zeichen In Abbildung 3.4 ist als Beispiel die Bodenwetterkarte vom 24. August 2013, 18 UTC dargestellt. Abgebildet ist ein Tiefdruckgebiet mit dem Zentrum über Nordfrankreich mit seiner Warm- und Kaltfront, wobei nahe des Zentrums bereits eine Okklusion vorhanden ist. Die Kaltfront zieht sich vom Okklusionspunkt über Mitteleuropa und sorgt für regnerisches Wetter. 5

8 Abbildung 3.4: Bodenwetterkarte vom 24. August 2013, 18 UTC. 3.3 Radiosondierungen Radiosonde Radiosonden werden zur Bestimmung der aktuellen vertikalen Schichtung der Atmosphäre verwendet. Auch im Zeitalter der numerischen Modellierung zur Wettervorhersage sind diese unerlässlich zur Modellinitialisierung. Im Allgemeinen werden bei einem Sondenaufstieg mindestens Temperatur und Taupunkttemperatur, sowie der Druck als die am einfachsten messbare Höhenkoordinate gemessen. Radiosonden der neueren Generation sind zusäzlich mit einem GPS ausgerüstet welches die Bestimmung der Windrichtung aus der Sondenaufstiegslinie ermöglicht. Manche Sonden verfügen auch über Messinstrumente, welche die chemische Zusammensetzung der Luft (insbesondere in der Stratosphäre) messen können. Um eine sinnvolle Auswertung der Daten zu ermöglichen wird die Mehrheit der Radiosondierungen weltweit zur gleichen Zeit durchgeführt. So werden die meisten Sonden zweimal täglich um 12 Uhr UTC und 00 Uhr UTC gestartet. Eine Sonde mit verschiedenen Sensoren (siehe Abb. 3.5 wird zu diesem Zweck an einen mit Wasserstoff gefüllten Ballon angebracht, welcher bis zu einer Höhe von 30 bis 35 Kilometer über Grund aufsteigt. In etwa dieser Höhe platzt der Ballon und die Sonde fällt, gebremst durch einen Fallschirm, auf die Erdoberfläche zurück. 6

9 Abbildung 3.5: Inhalt der Radiosonde: Messinstrumente für Temperatur, Feuchte und GPS- Position (zur Bestimmung von Druck und Wind), Telemetrie-Elektronik zum Senden der Daten, sowie der Sender-Empfänger selbst und Batterie. Quelle: MeteoSchweiz.ch. 3.4 Analyse einer Sondierung Das SkewT-logP-Diagramm Radiosondierungen geben Aufschluss über die Temperaturschichtung, die vertikale Feuchtigkeitsverteilung sowie Windstärke, -richtung, und Windscherung und sind damit eine unerlässliche Ergänzung zu Wetterstationsdaten am Boden und Satellitenmessungen. Mit Hilfe von SkewT-logP-Diagrammen können aus der Sondierung Informationen der thermodynamischen Stabilität sowie zur Bewölkung (Höhe und vertikale Ausdehnung) gewonnen werden. Das hier behandelte Diagramm setzt sich aus einer Überlagerung von 5 unterschiedlichen Grössen zusammen. Davon sind einige in in Abbildung 3.7) farblich gekennzeichnet: Die Temperatur ist in C auf der x-achse aufgetragen. Die Isothermen (rot) laufen schräg nach rechts oben (daher skewt ). Der Druck ist links auf der y-achse logarithmisch (daher logp ) in hpa angegeben. Die Isobaren sind die schwarzen horizontalen Linien. Die Trockenadiabate (gelb) wie auch die Feuchtadiabate (grün) laufen von rechts unten nach links oben, wobei die Feuchtadiabate nach links und die Trockenadiabate nach rechts gebogen sind (Wieso ist das so?). Bei niedrigen Temperaturen oder im oberen Bereich der Atmosphäre verlaufen Trocken- und Feuchtadiabate parallel. 7

10 06610 LSMP Payerne m m m m 9600 m SLAT SLON 6.95 SELV SHOW 4.68 LIFT 3.55 LFTV 4.21 SWET KINX CTOT VTOT TOTL CAPE CAPV CINS 188. CINV 116. EQLV EQTV LFCT LFCV BRCH BRCV LCLT LCLP MLTH MLMR THCK PWAT m m m m 817 m m g/kg Z 05 Aug 2013 University of Wyoming Abbildung 3.6: Beispiel eines SkewT-log p Diagramms. Diese Radiosondierung wurde in Payerne am 5. August 2013 um 14 Uhr (12 UTC) durchgeführt. 8

11 Die Mischungsverhältnislinien (blau) laufen von links unten nach rechts oben. Die Werte für das Mischungsverhältnis sind im Diagramm in g/kg angegeben. Abbildung 3.7: Skew-T-log p Diagramm mit den 5 zu unterscheidenden Linien Bestimmung verschiedener Niveaus mit Hilfe der skew-t-log-p Diagramme Hebungskondensations-Niveau (LCL): Wird ein am Boden ungesättigtes Luftpaket angehoben, so kühlt es sich zunächst trockenadiabatisch ab bis das Luftpaket Sättigung erreicht. Bei weiterem Aufstieg, würde sich das Luftpaket feuchtadiabatisch abkühlen und Wasser würde kondensieren. Diese Höhe, auch Hebungskondensations-Niveau (oder lifting condensation level -LCL) genannt, kann mit Hilfe des Mischungsverhältnisses am Boden sowie der Bodentemperatur bestimmt werden. Dort wo sich der zur Bodentemperatur gehörende Trockenadiabat und die Linie des Bodenmischungsverhältnisses schneiden, ist das Sättigungsmischungsverhältnis des Luftpakets erreicht (siehe 3.8. Die Höhe dieses Schnittpunktes bestimmt das LCL. Damit ein solches Luftpaket aufsteigen kann benötigt es jedoch Auftrieb. Dieser kann z.bsp. durch einen Kaltfrontdurchgang oder Gebirgshebung gewährleistet werden. 9

12 Abbildung 3.8: Graphische Ermittlung des Hebungskondensations-Niveaus. Die Taupunktemperaturkurve der Sonderierung befindet sich links von der Temperaturmessung. Niveau der freien Konvektion (LFC) und das Gleichgewichtsniveau (LNB): Wie weit ein Luftpaket aufsteigt wird durch dessen Auftrieb bestimmt: ist das Luftpaket wärmer (damit leichter) als die Umgebungstemperatur, steigt es weiter auf, ist es kälter (damit schwerer) sinkt es wieder ab. Ob und ab welcher Höhe der Punkt auftritt an welchem ein solches Luftpaket ungebremst aufsteigen kann, wird durch die Stabilität der Atmosphäre bestimmt. Dieses Level wird als Level der freien Konvektion (oder level of free convection -LFC) bezeichnet. Von hier an, kann ein Luftpaket durch die bei der Kondensation freiwerdende Energie weiter aufsteigen ohne eine zusätzliche Hebung durch z.bsp. Topographie zu benötigen. D.h. oberhalb des LFC ist das Luftpaket wärmer als die Umgebungsluft. Im SkewT-logP-Diagramm ist das LFC erreicht, wenn die Aufstiegslinie des Luftpaketes die der Umgebungstemperatur von links nach rechts kreuzt (siehe Abbildung 3.9). Nach oben ist der konvektive Aufstieg des Luftpaketes durch das Gleichgewichtsniveau (oder level of neutral buoyancy - LNB) begrenzt. Sobald sich die Temperaturkurven des Luftpaketes und der Umgebungstemperatur wieder schneiden, besitzt dieses keinen Auftrieb mehr. Wird ein Luftpaket z.b. auf Grund von Turbulenz über das LNB gehoben, ist es kälter als die Umgebungsluft und sinkt zurück. 10

13 Abbildung 3.9: Graphische Ermittlung des Niveaus der freien Konvektion und des Gleichgewichtsniveaus. 11

14 Bestimmung des CAPE: CAPE bedeutet Convective Available Potential Energy und ist ein Mass für die Energie, die für die vertikale Luftmassenbewegung (Konvektion) vorhanden ist. Hohe CAPE- Werte zeigen eine starke Konvektion an. Das heisst, dass Unwettern oder starke Gewitter wahrscheinlich sind. Im Winter zeigen Radiosondierungen kleinere oder keine CAPE- Werte an, da durch die schwache Strahlung keine oder nur sehr schwache Konvektion entstehen kann. Abbildung 3.10 zeigt die CAPE der Radiosondierung, die am 10. August 2014 um 12 Uhr in Payerne aufgenommen wurde. Abbildung 3.10: CAPE am 10 August 2014, 12 Uhr in Payerne 12

15 4 Aufgaben Aufgabe 1 bezieht sich auf den morgens durchgeführten Radiosondenaufstieg und wird zuvor in Kleingruppen gelöst und danach gemeinsam besprochen. Aufgaben 2-4 werden selbständig in Zweier- oder Dreiergruppen durchgeführt. Am Ende des Tages stellt jede Gruppe ihre Aufgabe in 5 10 Min. vor. Hierbei sollte jede/r etwa gleich lange zu Wort kommen. Aufgabe 5 wird am Nachmittag nach der Radiosondierung gemeinsam gelöst. 4.1 Aufgabe 1: Vorbereitung Radiosondierung a) Für den Radiosondenaufstieg werden wir den Ballon mit so viel Helium füllen, dass wir eine totale Hebung (L) von rund 1.3 kg erreichen. Berechnet die ungefähre Geschwindigkeit v, mit welcher der Ballon mit dieser Heliummenge bzw. totaler Hebung aufsteigen wird. Benutzt dazu folgende Formeln: L = V (ρ Air ρ He ) (1) R = L P (2) ( ) 1/2 R g v = 0.5 C d A ρ Air (3) L ist die totale Hebung ( lift ) in kg (diese Grösse messen wir mit einer Zugwaage), V = (π/6) D 3 das Volumen des gefüllten Ballons in m 3, ρ Air = kg m 3 und ρ He = kg m 3 die Dichte von Luft und Helium bei Normalbedingungen (T = 0 C, p = hpa), R die Netto-Hebung ( residual lift ) in kg, P die angehängte Masse ( payload ; Sonde, Schnur, Fallschirm) in kg, g = 9.81 m s 2 die Gravitationskonstante, C d = 0.25 der Reibungskoeffizient einer Kugel und A = πr 2 die Querschnittsfläche des Ballons in m 2. b) Erklärt mithilfe von Formel 3, warum die Auftriebsgeschwindigkeit während des Aufstiegs als ungefähr konstant angenommen werden kann! c) Schaut euch auf die aktuellste Modellvorhersage (Init: 6 UTC) für die verschiedenen Geopotentiale (850 hpa, 700 hpa, 500 hpa, 300 hpa, 200 hpa) über Europa bzw. Mitteleuropa an! Welche grossskaligen Windbedingungen (Richtung und Stärke) könnt ihr daraus für die verschiedenen Drucklevels der Troposphäre ableiten? Welche Flugbahn erwartet ihr demzufolge vom Ballon, den wir in ca. einer Stunde starten lassen werden (Annahmen, die euch dazu helfen können: In a) berechnete Aufstiegsgeschwindigkeit; Platzen des Ballons normalerweise auf km Höhe (entspricht ungefähr hpa) nach rund Stunden). Zeichnet Sie auf der Europakarte ein! 13

16 4.2 Aufgabe 2: Wetterkarten a) Bestimmt mithilfe der erhaltenen 14 Wetterkarten das Wetter in der Schweiz in dieser Zeitperiode. Erklärt die Entwicklung der Druckgebiete und ihr Einfluss auf das Wetter in der Schweiz. b) Wählt ein interessantes Wetterphänomen, z.b. einen Frontendurchgang, anhand von 3 bis 4 Wetterkarten. Findet eine geignete Station auf der Wetterkarte und beschreibt die zeitliche Entwicklung vor Ort. 4.3 Aufgabe 3: Wochenverlauf verschiedener Messsysteme und Berechnung der relativen Feuchte a) i) Analysiert und vergleicht die Daten der folgenden Messungen: Werte der Maximum- und Minimumthermometer an allen drei Standorten der Wetterhäuschen rund um das CHN. Temperaturverlauf auf den Wochenstreifen des Thermohygrographs, sowie die Trocken- und Feuchttemperatur an den drei Standorten. Daten der automatischen Meteomessungen auf dem CHN-Dach. ii) Beschreibt die Messkurven zuerst allgemein und erklärt sie aufgrund von Wetterkarten (z.b.: Sieht man den Frontdurchgang oder den Niederschlag in den Kurven?). iii) Beschreibt anschliessend die insgesamt drei Standorte der Messstationen in Bezug auf z.bsp. Bodenbeschaffenheit, Exposition bzgl. Wind und Sonne, Einfluss von Schattenwurf und feuchtem Boden in der Umgebung usw. Sieht man diese Unterschiede auch in den Daten (Temperatur und Feuchte)? Sind die Standortunterschiede unterschiedlich wichtig bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen (z.bsp. Bewölkung)? vi) Unterschiede in den Messverfahren und deren Genauigkeit (Siehe Tabelle 5.3)? Welche Unterschiede in den Daten sind eher auf Ungenauigkeiten in den Daten denn auf wirkliche Lageunterschiede zurückzuführen? b) Bestimmt die relative Feuchte an den drei Wetterhäuschen. Vergleicht die erhaltenen Werte der Feuchte mit den Messungen der Meteostation auf dem CHN-Dach ( 4.4 Aufgabe 4: Auswertung Radiosondierungen a) Ihr habt zwei Mal 7 Karten erhalten, die SkewT-logP-Diagramme verschiedener Sondierungen und den Ort der Sondierung angeben. Versucht die zueinander gehörenden Karten zu finden. Wählt anschliessend auf drei unterschiedliche Gebiete aus 14

17 (z. B Wüste, Arktis und Regenwald) und vergleicht die Skew-T Diagramme miteinander. Welche Unterschiede fallen auf? b) Welche Variablen werden von der Radiosonde gemessen und welche berechnet? Welche Phänomene aus Wetterkarte/ Vorhersage/ eigene Beobachtung können auch im Radiosondenprofil ausgemacht werden? 4.5 Aufgabe 5: SkewT-logP-Diagramm a) Warum haben die Feucht- und Trockenadiabaten einen unterschiedlichen vertikalen Verlauf? Und weshalb verlaufen sie in der oberen Troposphäre praktisch parallel? b) Bestimmt das LCL, LFC und LNB des SkewT-logP-Diagramm aus Abb c) Übertrage die gemessene Sondierung in ein SkewT-logP-Diagram. Was bedeutet der ausgeprägte Knick in der Temperaturkurve und was erwartet ihr in der Atmosphäre, wenn die zwei Temperaturkurven (Temperatur und Taupunkttemperatur) nahe beieinanderliegen? d) Bestimmt das LCL, LFC und LNB aus der heutigen Sondierung. e) Was könnt ihr über die Stabilität der Atmosphäre heute und am 5. August 2013 aussagen? 15

18 5 Anhang 5.1 Psychrometerauswertung Aus abgelesener Trocken- und Feuchtetemperatur kann der herrschende Dampfdruck und damit die relative Feuchte wie folgt errechnet werden: e = e s α(t T f )p (4) r = e e s e gesuchter Dampfdruck (hpa) e s e s Sättigungsdampfdruck über Wasser bei der Temperatur des trockenen Thermometers (Abb. 5.2 und 5.1) Sättigungsdampfdruck über Wasser oder Eis bei der Temperatur des feuchten Thermometers (Abb. 5.2 und 5.1) α Psychrometerkonstante: α = K 1 bei Wasser am feuchten Thermometer, α = K 1 bei Eis T Temperatur des trockenen Thermometers T f Temperatur des feuchten Thermometers p Luftdruck r relative Feuchte 16

19 5.2 Sättigungsdampfdruck Abbildung 5.1: Tabelle zur Bestimmung des Sättigungsdampfdrucks aus der Temperatur. Lesebeispiel: bei T = 1.9 C kann der Partialdruck des Wassers in der Luft maximal 5.31 hpa betragen, bzw hpa falls Eis in der Nähe ist. 17

20 Abbildung 5.2: Sättigungsdampfdruck als Funktion der Temperatur 18

21 5.3 Messgeräte der Meteostation auf dem CHN-Dach Thermo-Hygrometer Die Temperaturmessung erfolgt mittels eines Kupfer-Konstantan-Thermoelements. Die Luftfeuchtigkeit wird mittels eines Taupunktspiegels gemessen. Dabei wird ein Spiegel im Hygrometer abgekühlt bis sich Feuchtigkeit auf seiner Oberfläche durch Kondensation niederschlägt. Die Luftfeuchtigkeit lässt sich mittels dieser Taupunkttemperatur präzise ermitteln. Das Gerät misst alle 10 Minuten während 40 Sekunden etwa 10 Einzelwerte der Lufttemperatur und der Taupunkttemperatur. Daraus wird ein Mittelwert berechnet und mit der Standartabweichung wird die Qualität der Messung kontrolliert. Störeinflüsse durch Nässe, Strahlung, Vereisung, Wind werden weitgehend unterdrückt. Der Taupunktspiegel wird durch eine automatisch gesteuerte mechanische Vorrichtung gereinigt. Des Weiteren wird zwischen Eis- und Wasserbelag auf dem Spiegel unterschieden und entsprechend in der Berechnung der relativen Luftfeuchtigkeit berücksichtigt. Technische Daten Messbereich Lufttemperatur -50 C bis +50 C Messbereich Taupunkt -60 C bis +50 C Auflösung der Temperaturwerte 0.1 K Auflösung der relativen Feuchte 0.1% 2-Komponenten-Windmesser Der 2-Komponenten-Windmesser erfasst die Windkomponenten Ost und Nord zur Bestimmung der interessierenden Winddaten in der Horizontalebene. Der Windmesser ist gegen Blitz- und Überspannungseinwirkungen geschützt. Technische Daten Auflösung 0.01 m/s Ansprechwindgeschwindigkeit 0.1m/s Genauigkeit 3% 19

22 Niederschlagsmesser (Pluviometer) Der Pluviometer ist beheizt wodurch fester Niederschlag (Schnee, etc.) geschmolzen wird. Das Messsystem basiert auf einer Wippvorrichtung. Diese Wippe mit bekanntem Volumen füllt sich bei Niederschlag und entleert sich, sobald sie gefüllt ist, automatisch durch eine Kippbewegung. Durch die Anzahl der Kippbewegungen pro Zeiteinheit wird die Niederschlagsmenge bestimmt. Technische Daten Genauigkeit ±2% Auffangfläche 200 cm 2 /WMO-Norm Einsatzbereich Temperaturen C (frostsicher bis -20 C) 20