Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

Wolken sind äußerst komplexe Phänomene in der Troposphäre , die als Wetter- schicht der Atmosphäre bis in etwa 15 km Höhe reicht. Sie sind ein Forschungs- gebiet der Meteorologie (Wetterkunde). Relativ einfach lässt sich Bildung von Haufenwolken (Cumuluswolken) erklären. Sonneneinstrahlung erwärmt den Boden und die dort aufliegende untere Luft- schicht. Die höhere Temperatur lässt verstärkt Wasser verdunsten. Die warme feuchte Luft hat eine geringere Dichte als die darüberliegende – einzelne „Luft- pakete“ lösen sich vom Boden und steigen durch den Auftrieb in die Höhe. Verfol- gen wir den Weg eines Luftpakets. Der Luftdruck nimmt mit der Höhe um ca. 1¼ Prozent pro 100m ab. Wegen des geringeren Drucks dehnt sich die warme aufsteigende Luft aus und kühlt dabei ab (s. adiabatische Zustandsänderung, S. 92), ist aber weiterhin wärmer als die umgebende Luft. Solange die relative Luftfeuchtigkeit unter 100% liegt und keine Kondensation auftritt, kühlt sich Luft um ca. 1 °C pro 100m Höhengewinn ab. Die relative Feuchtigkeit nimmt zu, bis bei 100% der Taupunkt erreicht wird und der überschüssige Wasserdampf kondensiert. ( 106.1 ) Bei weiterem Aufsteigen der Luft setzen sich Abkühlung und Kondensieren fort. Die dabei frei werdende Kondensationswärme erwärmt die Luft, so dass die Temperatur nur um ca. 0,6 °C pro 100m abnimmt. Dies verstärkt den Auftrieb und ist die Ursache für den Aufwind in der Wolke. Die Kondensation setzt in einer Höhe zwischen 500 m und 1 500 m ein. Es bilden sich feinste Tröpfchen mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern. Diese kleinen Wolkentröpfchen werden durch Aufwinde in die Höhe befördert. Bei ge- ringer Feuchtigkeit bilden sich typische Schönwetterwolken, die nur geringe Höhe erreichen und sich gegen Abend wieder auflösen. Bei sehr feuchter Luft bil- den sich eindrucksvolle Wolkentürme, die als Gewitterwolken ( Cumulonimbus- Wolken ) bis in etwa 10 km Höhe reichen. ( 107.4 ) Damit Regentropfen entstehen, die zur Erde fallen können, müssen die Tröpf- chen wachsen. In großer Höhe herrschen Temperaturen von –40 °C (und kälter) und die Wassertröpfchen gefrieren zu kleinsten Eiskristallen. Die Eiskristalle sinken langsam Richtung Erde. Sie sammeln Wassertröpfchen ein und wachsen, sie verklumpen zu größeren „Graupelkörnern“. Sobald die Graupelkörner die Temperaturgrenze von 0 °C überschreiten, schmelzen sie und fallen als Regen- tropfen zur Erde. Hagelbildung setzt auf- und absteigende Luftströme voraus, in denen sich bereits relativ große Eiskristalle befinden, an die sich ständig weitere unterkühlte Was- sertropfen anlagern können. Dadurch entstehen zunächst Graupel- und schließ- lich Hagelkörner. Als Hagel bezeichnet man Graupel über 5mm Durchmesser Tief Mittel Hoch Cirrocumulus Cumulonimbus Altocumulus Cirrostratus Cirrus Altostratus Stratocumulus Cumulus Stratus Nimbostratus 2000 m 7000 m 12000 m 107.1 Hagelkörner können beträchtlich groß werden und erheblichen Schaden anrichten. Ihre Endgeschwindigkeit haben wir in Physik 5 abgeleitet. 107.2 Föhn entsteht durch das Aufsteigen feuchter Luftmassen, die auf der Wetterseite abregnen und als warmer trockener Fallwind ins Tal gelangen. Diese Erklärung klingt plausibel, doch trifft sie nur zum Teil zu. Viele Föhnereignisse ver- laufen ohne Niederschlag. Ein Hauptgrund der hohen Windgeschwindigkeiten bei Föhn scheint die Düsenwirkung von Tälern und Pässen in Gebirgen zu sein. (Weiterführende Informationen auf der Website.) 107.3 Cumulus- oder Haufenwolken entstehen durch Kondensation von Wasser- dampf in Aufwinden. Bei hoher Luftfeuchtig- keit entwickeln sich daraus die Gewitter- wolken (Cumulonimbus). Wolkenbildung – Beispiel Haufenwolken im Sommer 107.4 Höhenschema verschiedener Wolkentypen 107 | WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv