Von der Schäfchenwolke.

Transkript

1 Von der Schäfchenwolke 1

2 zum Gewitter Klaus D. Beheng, Institut für Meteorologie und Klimaforschung 2

3 Was erwartet Sie? Wolken in der Atmosphäre Entstehung von Wolken Wolkenformen Wolkenpartikel: Entstehung und Wachstum Wie lernt man etwas über Wolken? Kann man Gewitter vorhersagen? 3

4 Welche Rolle spielen Wolken in der Atmosphäre? sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum 4

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6 Welche Rolle spielen Wolken in der Atmosphäre? sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum sie fangen Wärmestrahlung von der Erde ein 6

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8 Welche Rolle spielen Wolken in der Atmosphäre? sie reflektieren Sonnenstrahlung in den Weltraum sie fangen Wärmestrahlung von der Erde ein sie sorgen für Niederschlag und damit für Wasser auf der Erde 8

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10 Wie entstehen Wolken? Feuchte Luft muss sich abkühlen, bis Sättigung eintritt. Abkühlung findet statt - durch Kontakt mit einem kalten Erdboden: Es entsteht Nebel ; 10

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12 Wie entstehen Wolken? Feuchte Luft muss sich abkühlen, bis Sättigung eintritt. Abkühlung findet statt - durch Kontakt mit einem kalten Erdboden: Es entsteht Nebel ; - durch Hebung an einem Hindernis (Berg, Wetterfront) 12

13 Wie entstehen Wolken? 13

14 Wie entstehen Wolken? Feuchte Luft muss sich abkühlen, bis Sättigung eintritt. Abkühlung findet statt - durch Kontakt mit einem kalten Erdboden: Es entsteht Nebel ; - durch Hebung an einem Hindernis (Berg, Wetterfront) - durch Aufsteigen von Luft, die am Boden erwärmt wird (Konvektion) 14

15 Wie entstehen Wolken? 15

16 Südbrasilien vom Space Shuttle aus Wolkenobergrenze : 15 km 16

17 Wolkenformen Klassifizierung nach Howard Luke ( ) : - Schichtwolken (stratus) - Haufenwolken (cumulus) - Federwolken (cirrus) 17

18 Howard Luke, 1810 Goethe,

19 Beispiele von Wolkenformen (1) Cirren 19

20 Beispiele von Wolkenformen (2) Cumulus 20

21 Beispiele von Wolkenformen (3) Stratus 21

22 Wolkenpartikel: Entstehung Wolken entstehen durch Abkühlung feuchter Luft: Wasserdampf geht in Wasser oder Eis über (Kondensation, Deposition) Aber: Wasserdampf alleine reicht nicht aus. Der Wasserdampf muss sich an einem Keim (Aerosolpartikel) anlagern. 22

23 Haar 100 µm Ammoniumsulfat + Russ 1 µm Ätna, , space shuttle 23

24 100 µm Haar Wolkentröpfchen 3 mm = 3000 µm (5 50 µm) Regentropfen kleinste Wolkentröpfchen 20 mal kleiner als ein Haar Regentropfen 600 mal grösser als kleinste Wolkentröpfchen Regentropfen 30 mal grösser als ein Haar 24

25 Wieviel Wasser ist in einer Wolke? Wolkenvolumen: Breite x Länge x Höhe = 10 km x 10 km x 10 km = 1000 km3 Mittlerer Wassergehalt: 1 g/m3 = 1000 t/km3 mittlere Anzahl: 100 Tröpfchen/ cm mittlerer Wassergehalt: 1 g/m (eine Murmel aus Wasser) 3 3 also 1 Mio t Wasser in Wolke, d.h. alle Bewohner von Karlsruhe können ihre Badewannen 20 mal füllen 25

26 Wolkenpartikel: Wachstum Durch Kondensation: Wasserdampf strömt auf ein kleines Tröpfchen auf, wodurch es sich vergrössert Wasserdampf 26

27 Wolkenpartikel: Wachstum Durch Stossen: Kleine Tropfen stossen mit kleinen oder grossen, wodurch sie noch grösser werden oder auch nicht 27

28 Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt, Univ. Stuttgart 28

29 Diplomarbeit Kai Jellinghaus, in Kooperation mit Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt, Univ. Stuttgart 29

30 Wilson Bentley ( ) Snowflake Bentley 1. Eiskristallphoto:

31 Libbrecht & Rasmussen,

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33 Wolkenpartikel: Wachstum Eiskristalle wachsen durch Deposition: Unterkühlter Wasserdampf strömt auf den Kristall auf 33

34 Nakaya,

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36 Wolkenpartikel: Wachstum Eiskristalle wachsen auch durch Anfrieren von unterkühlten Wolkentropfen: Es entstehen Graupelpartikel und dann Hagel 36

37 und jetzt der Weltrekord 37

38 Weltrekord Hagel, 600 g (ca. 60% der Gesamtmasse) Durchmesser: 18 cm, Fallgeschwindigkeit: 160 km/h 22. Juni 2003, Aurora, Nebraska, USA 38

39 alter Weltrekord Hagel, 750 g Durchmesser: 15 cm, Fallgeschwindigkeit: 180 km/h 3. September 1970, Coffeyville, Kansas, USA 39

40 alter Weltrekord Hagel, 750 g Durchmesser: 15 cm, Fallgeschwindigkeit: 180 km/h 3. September 1970, Coffeyville, Kansas, USA 40

41 Wie lernt man etwas über Wolken? (1) Messungen vom Flugzeug aus: Flugzeug ist sehr schnell Messgeräte müssen sehr schnell sein Flugzeug stört die Wolke und ihre Entwicklung Hohe Vertikalgeschwindigkeiten (bis 40 m/s = 140 km/h) Gefahr durch Vereisung und Blitz- und Hagelschlag 41

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44 Wie lernt man etwas über Wolken? (2) Radarmessungen Indirekte Methode : Man misst nur ein Echo von Streuern (Tropfen, Eispartikeln). Dafür aber sicher, schnell und flächendeckend. C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe 44

45 Wie lernt man etwas über Wolken? (3) Durch mathematisch-physikalische Modelle v 1 + v v = p* t ρo ρ* g 2Ω v F ρo Rf T* 1 + v T* + v To = To ( v ) + ( Lwd I w + Led I e + Q ) t cv ρ o cv cp Rf p* + v p* + v po = po ( v ) + ( Lwd I w + Led I e + Q) t cv cv ρ k + v ρ k = ρ k ( v ) I k + I k, k = d, w, e t 45

46 Seifert,

47 Berechnungen von Wolken (1) 47

48 Berechnungen von Wolken (2) 48

49 Berechnungen von Wolken (3) 49

50 Berechnungen von Wolken (4) 50

51 Radarmessungen (1) C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe 51

52 Radarmessungen (2) C-Band Doppler Radar, Forschungszentrum Karlsruhe Jan Handwerker,

53 Radarmessungen (3) Winfried Straub,

54 Kann man Gewitter vorhersagen? Sehr schwierig, denn wir kennen nicht alle Bedingungen, die zur Entstehung und zeitlichen und räumlichen Entwicklung führen. Radarmessungen zeigen, dass Zugbahnen (Ort und Zeit) nur für sehr kurze Zeit und sehr kurze Distanzen vorhersagbar sind. Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft Fazit: Es muss noch viel Forschungsarbeit geleistet werden. 54

55 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 55