Wissenswertes zu Wetter und Klima Eine Einführung für Naturführer Von Michael Fiegle 27. Januar 2010 Mühlhausen, Puschki

1. Wissenswertes zu Wetter und Klima Eine Einführung für Naturführer Von Michael Fiegle 27. Januar 2010 Mühlhausen, Puschkinhaus

2. Klimastation Fürsten-hagen (495 m NN) (Naturparkverwaltung) Rechts unten: Regenmesser nach HELLMANN • Wettermessung in englischer Wetterhütteheißt Messfehler gering halten • Messgeräte stehen in luftiger aber, abgeschirmter weißer Holzhütte in 2 m über einer Rasenfläche • Abschirmung des Thermometers vor Strahlung (Sonneneinstrahlung einerseits, terrestrischer Gegenstrahlung andererseits) • Gemessen wird also die reine Lufttemperatur

3. Was ist Luftdruck? Die Lufthülle der Erde drückt in Meereshöhe auf einen m² Erdboden mit der Kraft von: 1013 hPa (sprich Hekto-Pascal) > früher 1013 mbar (Millibar), also rund 1 bar oder 1 Atm (Atmosphäre) oder 760 mm Quecksilbersäule nach Torricelli Die Pioniere der Luftdruckmessung stiegen tatsächlich mit langen Quecksilberröhren auf die Berge. So auch Blaise Pascal, der als erster durch Luftdruckmessungen auf dem 1465 m hohen Puy de Dome die Lufthülle der Erde bewies. Messung heute mit dem Dosenbarometer: Fast luftleere Dose wird von Umgebungsluft zusammengedrückt. Die Werte werden auf Meeresniveau umgerechnet. Daran angeschlossen: Barograph: Zeichnet Zeigerausschläge auf. Abnahme des Luftdrucks mit der Höhe nicht proportional: In 5 km noch 500 hPa. Höchster gemessener Luftdruck im Sibirischen Kältehoch am 31.12.1968: 1083,8 hPa Niedrigster: Zentrum des Taifuns „Tip“ am 12.10.1979: 869,9 hPa

4. Was ist Wind?Wind ist, wenn die Luft in Bewegung gerät • Wind gleicht Luftdruckgegensätze zwischen 2 Orten aus • Er strömt vom Hoch- zum Tiefdruckgebiet, wird aber durch Erdrotation abgelenkt: • Hochdruckgebiet im Uhrzeigersinn, Tief dagegen! • Mit der Reibung am Erdboden verringert sich die Windgeschwindigkeit • Oberflächenstrukturen wie Berge und Täler können die Windrichtung beeinflussen • Bodenunebenheiten und die Durchmischung verschiedener Luftmassen können • zu Wirbeln und damit für Windböen sorgen • Gemessen werden: Windgeschwindigkeit mit dem • Schalen-Anemometer; Windrichtung mit der Windfahne • (0° = Nord, 90° = O, 180° = S, 270° = W) • Tal-/Bergwind-System: Für gebirgige Lagen charakteristisch • Voraussetzung: Klarer Himmel mit Strahlungswetter • An besonnten Hängen wird Luft erwärmt und bewegt sich den Hang hinauf: Hangaufwind, Talwind (der Wind weht vom Tal hinauf) • Nachts Richtungsumkehr, wenn sich die Hänge stark abkühlen und die schwere Kaltluft ins Tal hinabtropft: Hangabwind, Bergwind (der Wind weht vom Berg hinunter) Windstärke nach Beaufort (sprich Bofort) von 0 bis 12: Windstille bis Orkan (ab 118 km/h); Sturm = Stärke 9 ab 75 km/h; Steife Brise = Stärke 7 ab 50 km/h; Frische Brise = Stärke 5 ab 29 km/h

5. Was wird gemessen? Messgerät: Temperatur der Luft: Max. – Min.-Flüssigkeitsthermometer Bimetall-Thermograph Messgröße: °C: Siedepunkt reinen Wassers bei Normaldruck (1013,2 hPa) liegt bei 100°C Gefrierpunkt liegt bei 0°C Messung 3 X täglich um 7 Uhr, 14 Uhr, 21 Uhr (Abendwert X 2) Festlegung durch Kurpfälzische Akademie zu Mannheim für ihr Temperaturmesssystem seit 1780, das weltweit älteste (sog. Mannheimer Stunden) > daraus wird Tagesmittelwert errechnet Umrechnung in °Fahrenheit (°F; gebräuchlich in USA, GB, AUS) °F = (°C X 1,8) + 32 > 100°C = 212°F; 0°C = 32°F; 37°C = 98,6°F; 451°F = 233°C, bei dieser Lufttemperatur beginnt Papier zu brennen (Roman von Ray Bradburg) Rekorde: Niedrigste und höchste, in der Wetterhütte gemessene Lufttemperatur: Weltweit: - 89,2°C bis + 57,8°C; in Fürstenhagen: -18,5 bis +34,0°C

6. Geländeklima

7. Niederschlagsmessungin mm / m² 1 mm/m² = 1 dm³ oder 1 l/m² Messgerät: HELLMANNSCHER Regenmesser: Weiß gestrichenes Rohr mit 200 cm² Öffnung senkrecht nach oben geöffnet, darunter gleichgroßer Trichter und Sammelgefäß mit Messskala >> muss regelmäßig geleert werden Nieselregen: 0,1 mm groß und 50 cm/s schnell Regen: über 1 mm große Tropfen und mehr als 5 m/s schnell Jahresniederschlagsmittel: 0 -1 mm (Antarktis) bis 11700 mm (Hawaii) Deutschland: 411 mm (Artern) bis 2500 mm (Allg. Alpen) Höchster gemessener Jahresniederschlag: 26500 mm (Ostindien) Längste Niederschlagsmessreihe der Welt: > Kew Gardens bei London seit 1697

8. Ac: Altocumulus Ac lent.: Altocumulus lenticularis As opac.: Altostratus opacus As trans: Altostratus translutens Cb: Cumulonimbus Cc: Cirrocumulus Ci: Cirrus Cu Con: Cumulus congestus Cu hum: Cumulus humilis Cs: Cirrostratus Ns: Nimbostratus Sc: Stratocumulus St: Stratus

9. Altocumulus Schäfchenwolkenbänke

10. Stratocumulus (Sc) „Schönwetterwolken“, typisch für`s Zwischenhoch

11. Cumulus congestus (Cu con); Cumulonimbus (Cb) im Hintergrund mit deutlichem „Amboss“ (Cirrenschirm)

12. Was ist Nebel? Kondensierter Wasserdampf bei einer Sichtweite unter 1 km Tröpfchengröße: < 30µm Und Dunst? Sichtweite über 1 km Tröpfchengröße 0,1 bis 1 µm • Bei Erreichen des Taupunkts kondensiert der Wasserdampf in der Luft • Bodennebel entsteht bei starker nächtlicher Abkühlung • Hochnebel bildet sich bei Inversionswetterlage, wenn sich feuchte Warmluft über Kaltluft legt. Auf ähnliche Weise entsteht Küstennebel Nebel kann von der Sonne nur schwer aufgelöst werden, da er Sonnenstrahlung stark reflektiert

13. Warum ist der Himmel blau? Die Luftmoleküle streuen den kurzwelligen Strahlungsanteil des Lichtes stärker Die Streustrahlung liegt im blauen und ultravioletten Bereich. Daher erscheint der wolkenlose Himmel Blau.

14. Warum sind Sonnenauf- und –untergänge rot? Da die Sonnenstrahlen bei tiefem Stand der Sonne dickere Luftschichten durchdringen müssen und bis auf das Rot alle kurzwelligeren Strahlungsanteile herausgestreut werden. Der rote Strahlungsanteil bleibt übrig. Besonders stark ist der Effekt bei staubiger Luft, z.B. unter Einfluss vulkanischer Aschen in der Stratosphäre, Saharastaub oder Rauch in der Luft.

15. Wie entsteht ein Regenbogen? Die Sonne steht im Rücken des Betrachters Der Lichtstrahl wird im Tropfen gebrochen und dabei in die Bestandteile aufgeteilt. Der kurzwellige Anteil wird stärker gebrochen. Es entsteht das kontinuierliche Farbspektrum des weißen Lichts. Nur die Tropfen, die 41° rechts, links, über und unter der Blickrichtung liegen lenken Licht in sein Auge. Sie liegen in einem Radius von 41° um den Gegenpunkt zur Sonne. Vom Flugzeug aus können kreisförmige „Regenbögen“ gesehen werden.

17. Was ist ein Gewitter? • Wärmegewitter entstehen bei starker sommerlicher Einstrahlung durch das Aufsteigen warmer, feuchter Luftmassen. • Starke Quellwolkenbildung bis zur Tropopause = Cumulonimbuswolken, die über alle Wolkenstockwerke reichen. • Vertikale Ladungsdifferentiation innerhalb der Wolke. • Obere und untere Wolkenstockwerke sind positiv geladen, die Wolkenmitte negativ. Die Spannung entlädt sich in Blitzen. • Die starken Entladungen im 10000 Kilo-Volt-Bereich und im Bruchteil einer Sekunde erwärmen im Blitzkanal die Luft explosionsartig. Donner sind die Folge. Die meisten Entladungen erfolgen daher innerhalb der Wolke. • In Verbindung damit stehen heftige Starkregenschauer und Hagelschlag. • Hagel entsteht durch Wassertropfen, die mit dem Aufwärtsstrom der Luft in kalte • Luftschichten getragen werden und vereisen. Geschieht dies mehrmals, können • Hagelkörner bis zu Tennisballgröße anwachsen.

18. Andere Mechanismen: An Kaltfronten (besonders energiereich im Sommer, daher „Gewitterfront“) An Gebirgen, wo ebenfalls feuchte Warmluft zum Aufsteigen gezwungen werden kann.

23. Wie entsteht Föhn? • Durch ein herannahendes Tief wird Luft über den Gebirgskamm gesaugt • 2. Die Luft steigt auf, Feuchtigkeit kondensiert, dabei wird Energie frei, die Feuchtigkeit wird der Luft durch Regen entzogen • Die energiereiche, trockene Luft tritt über den Gebirgskamm, die Energie wird als Wärme frei und sorgt für eine stärkere Erwärmung und starken Wind • 4. Folgen: Wolkenlücke hinter dem Gebirgskamm, Erzeugung einer Leewelle mit den typischen „Föhnwolken“ (Altocumulus lenticularis) auf den Wellenbergen, bis zu sturmartiger Wind, der bei uns „Föhn“ genannt wird.

24. Eichsfeld, Hainich, Werratal • Klimadaten • Typ: Subatlantisches, zyklonales Westwindklima, submontane Höhenstufe (Effelder) • Keine Trockenzeit, da Tiefdruckgebiete auch im Sommer • 51° nördl. Breite geringere Einstrahlungssummen, an Frost ange- passte Vegetation und Anbaufrüchte • Treffurt Effelder Weberstedt Rom • Jahresmitteltemperatur: 8,5°C 6,5°C 9,4°C 15,6°C • Durchschn. • Jahresniederschlag 650 mm 850 mm 607 mm 881 mm • Rom: Mediterranes Klima, colline Höhenstufe: • Tiefdruckrinne im Winter mit starken Niederschlägen • Randtropischer Hochdruckgürtel im Sommer mit Trockenheit • 42° nördl. Breite > höhere Einstrahlungssummen, höhere Verdunstungsraten, kaum Frost im Winter, trockenheitsangepasste Vegetation und Anbaufrüchte

25. Klimadaten Station Fürstenhagen 1997 – 2008 Mittelwerte: 7,9°C, 864,2 mm; Zum Vergleich Station Weberstedt (meteo-media): 9,4°C, 606,7 mm (2004 – 2008)

26. Beispiel: Nationalpark Hainich Messturm des Max Planck-Institutes für Biogeochemie (Jena) im Weberstedter Holz (430 m) Schwankungen zw. 7,3° (2004) und 8,8° (2000) Schwankungen zw. 544 mm (2003) und 986 mm (2002) Für das niederschlagreiche Jahr 2002 werden in Mühlhausen sogar 1285 mm Jahresniederschlag angegeben! Vergleich Baumkronen : Waldboden [Waldmessstation Ihlefeld der TLaWJF (440 m)] 2002: 900 mm 733 mm 2003: 634 mm 465 mm

30. Was ist der Treibhauseffekt? • Die kurzwellige Sonneneinstrahlung wird am Boden in Wärme umgewandelt und zurückgestrahlt (langwellige Gegenstrahlung der Erde) • Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon in der Atmosphäre vermögen dies ebenfalls, sie wirken wie die Glaswände eines Treibhauses > die Atmosphäre wärmt sich auf > je höher die Konzentration der Gase in der Atmosphäre desto stärker der Treibhauseffekt

31. Welchen Einfluss haben die Spurengase auf die Erdtemperatur? • Zusammensetzung der Erdatmosphäre: • Stickstoff 78,08 Vol.% • Sauerstoff 20,95 Vol.% • Argon 0,93 Vol.% • Kohlendioxid 0,03 Vol.% • Spurengase 0,01 Vol.% Mittlere Lufttemperatur der Erde (bodennahe Luftschichten): + 15°C Ohne Spurengase: - 18°C • Einfluss der Spurengase: • Wasserdampf (H2O) 20,6°C • Kohlendioxid (CO2) 7,2°C • Ozon (O3) 2,4°C • Distickstoffoxid (N2O) 1,4°C • Methan (CH4) 0,8°C • Rest: 0,6°C

32. Welche Klimaänderungen sind aus historischer Zeit bekannt? • Mittelalterliche Warmzeit (= Klimaoptimum) > Die Durchschnittstemperatur lag wahrscheinlich 1 bis 2°C höher als heute > Weinbau wurde bis in den Norden Deutschlands betrieben > Gletscher und polare Eiskappen hatten sich weit zurückgezogen > Island und Grönland wurden von den Wikingern besiedelt • Kleine Eiszeit zwischen 15. und Mitte 19. Jahrhundert > Klimaabkühlung und stärkster Gletschervorschub seit der Würmeiszeit > Ursache: Geringere Sonnenaktivität und eine Reihe starker Vulkanausbrüche, Abschwächung des Golfstroms um etwa 10% > Die kleine Eiszeit wird als Grund für den Ausbruch der Französischen Revolution mit angesehen

33. Welchen Einfluss haben Supervulkane auf das Weltklima? • Beispiele: • 27.08.1883 Explosionsartiger Ausbruch des Krakatau westl. d. Insel Java > Weltweite blutrote Verfärbung des Himmels > Kühler Sommer 1884 mit Missernten, Absinken der Durchschnittstemperatur um 0,5 bis 0,8°C • 10. April 1815 Explosionsartiger Ausbruch des Tambora-Vulkans östl. d. Insel Java > Stärkster Vulkanausbruch der Neuzeit > 140 Mrd. t Pyroklastika und Schwefel wurden ausgeworfen > Sommer 1815 kältester Sommer seit Beginn der Wetteraufzeichnungen (sog. „Jahr ohne Sommer“) > Die Schlacht von Waterloo (16. – 18.Juni 1815) fand bei Dauerregen statt! > Ernteausfälle, Hungersnöte, Wirtschaftskrisen weltweit > Ursache für Auswanderungswellen

34. Weitere Supervulkane: • Tampo-Ausbruch auf Neuseelands Nordinsel vor 22.600 Jahren • Ausbruch des Toba-Vulkans im Nordwesten Sumatras vor 75.000 Jahren > 2800 km³ vulkanisches Material wurden ausgeschleudert > Abkühlung des Weltklimas um 15°C (nach Berrechnungen) > die 1000 kältesten Jahre der Würm-Eiszeit werden auf diesen Ausbruch zurückgeführt > Die damals lebenden Urmenschen wurden stark dezimiert • Yellowstone-Vulkan: Letzter großer Ausbruch vor 640.000 Jahren > Errechnete Auswurfmasse: 1000 km³ > Scheinbare Ausbruchsrhythmik von ca. 700.000 Jahren > Eine Hebung der Caldera ist aktuell messbar und ein Ausbruch in naher Zukunft zu erwarten

35. Welche Faktoren wirken bei der Klimaerwärmung mit? > Verbrennung fossiler Rohstoffe > Mehr CO2Erwärmung (Kohle, Erdöl, Erdgas) in der Atmosphäre > Brandrodung von Urwäldern > Nutztierhaltung, Nassreisanbau > Mehr Methan Erwärmung > Freisetzung von Methanhydrat in der Atmosphäre aus der Tiefsee > Ozonabbau in der Stratosphäre > Höherer Energie- Erwärmung umsatz am Erdboden > Stärkere Verdunstung nach > Mehr Wasserdampf Erwärmung Erderwärmung in der Atmosphäre > Staubemmission durch starken > Stärkere Reflexion Abkühlung Vulkanausbruch der Sonnenstrahlung > Höherer Bewölkungsgrad > Stärkere Reflexion Abkühlung der Sonnenstrahlung

36. Was wir tun können? Beispiele: • Fossile Energien einsparen und damit CO2-Ausstoß verringern durch >> Bessere Wärmedämmung >> Verbesserte Technologien z.B. im Fahrzeugbereich (benzinsparende Motoren, andere Antriebsstoffe) >> Förderung erneuerbarer Energien (Windkraft, Solarstrom etc.), sofern dafür nicht die Fläche zur Erzeugung von Nahrungsmitteln verringert wird. • Erhalt der restlichen tropischen Regenwälder • Friedens- und Entwicklungshilfepolitik verbessern, damit die Menschen vor Ort autark leben und nicht fortziehen müssen > Weltgemeinschaft unter einen Hut bringen, um schnell zu handeln