Mikronetz IP Umweltbeobachtungen Versuch D - Radiosondenaufstieg in Payerne Mai 2021
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IP Umweltbeobachtungen
Versuch D
Mikronetz
(Wettervorhersage, Messungen und die Wirklichkeit)
Radiosondenaufstieg in Payerne
http://www.meteosuisse.admin.ch/web/fr/services/aviation/good_to_know/Radiosonden.html
Mai 2021
Inhaltsverzeichnis
1 Ziele 1
2 Fragen zur Vorbereitung aufs Kolloquium 2
3 Theorie 2
3.1 extratropische Zyklonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3.1.1 Entstehung und Entwicklung einer Zyklone - Das Bergen Modell . 2
3.1.2 Wetterverlauf beim Durchzug einer extratropischen Zyklone . . . 3
3.2 Wetterkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.3 Radiosondierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.3.1 Radiosonde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.4 Analyse einer Sondierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.4.1 Das SkewT-logP-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.4.2 Bestimmung verschiedener Niveaus mit Hilfe der skew-T-log-p Dia-
gramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4 Aufgaben 13
4.1 Aufgabe 1: Wetterkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.2 Aufgabe 2: Vorbereitung Radiosondierung . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.3 Aufgabe 3: Wochenverlauf verschiedener Messsysteme/Relative Feuchte . 14
4.4 Aufgabe 4: Auswertung Radiosondierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.5 Aufgabe 5: SkewT-logP-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5 Anhang 16
5.1 Psychrometerauswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5.2 Sättigungsdampfdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.3 Messgeräte der Meteostation auf dem CHN-Dach . . . . . . . . . . . . . 19
i
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 Kalt-
fronten 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
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 Theo-
rien. Im Rahmen dieses Praktikums wird die älteste und weitverbreitetste Theorie vor-
gestellt, welche in Bergen (Norwegen) entwickelt wurde.
3.1.1 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 dominie-
rende 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 ausgepräg-
ten 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 extrat-
ropischen Zyklone beginnt), bezeichnet man als Okklusion. Abhängig von der Tempe-
ratur 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
Abbildung 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 wesent-
lichen mit Kaltluft angefüllt und in der Höhe ist zunächst noch ein Wirbel zu erkennen.
Die Schematische Darstellung des Lebenszyklus einer extratropischen Zyklone ist in Ab-
bildung 1 dargestellt.
3.1.2 Wetterverlauf beim Durchzug einer extratropischen Zyklone
Extratropische Zyklonen beeinflussen mit ihrer Unbeständigkeit weitgehend das Wetter
in Mitteleuropa. In Abbildung 2 ist der Wetterverlauf beim Durchzug einer extratrop-
sichen Zyklone dargestellt. In der obersten Abbildung sieht man die Lage der Fronten
sowie die Niederschlagverteilung. In der mittleren Abbildung ist ein Vertikalschnitt ei-
ner 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 lang-
sam 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 Altostra-
tus (keine Niederschlagsbildung mehr) und noch höher in der Atmosphäre Cirruswolken
(pure Eiswolken). So kann man das Kommen einer Warmfront anhand von Westen auf-
ziehenden 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
Die folgende Kaltfront ist durch einen deutlichen Temperaturrückgang um einige Grad
gekennzeichnet. Durch das rapide Anheben der wärmeren Luft an der Kaltfront kön-
nen 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 Atmo-
sphäre ab. So sind Kaltfrontendurchzüge im Winter in der Regel gemässigter als im
Sommer (Wie können Sie das erklären?). Nach dem Durchzug einer Kaltfront, im soge-
nannten Kaltsektor, ist die Luft meist klar mit vereinzelter Cumulusbewölkung.
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Wetterverlaufes beim Durchzug einer extratropi-
schen 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 ei-
ne Stunde hinter der mitteleuropäischen Zeitzone (MEZ), bzw. zwei Stunden hinter
der Sommerzeit), die über den Zeitpunkt der Beobachtungen oder der Gültigkeit der
4
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 Standard-
niveau 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 vorherr-
schende Wetter, wie z.B. den Luftdruck, Temperatur, Taupunkt, Windrichtung
und Geschwindigkeit, Bedeckungsgrad und Art der Bewölkung (Siehe Abbildung
3). Somit kann man anhand der Stationsmeldungen, die für die Fronten typischen
Merkmale auf der Wetterkarte erkennen.
Abbildung 3: Stationskreis mit Erklärungen zu den verschiedenen Zahlen und Zeichen
In Abbildung 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 vor-
handen ist. Die Kaltfront zieht sich vom Okklusionspunkt über Mitteleuropa und sorgt
für regnerisches Wetter.
5
Abbildung 4: Bodenwetterkarte vom 24. August 2013, 18 UTC.
3.3 Radiosondierungen
3.3.1 Radiosonde
Radiosonden werden zur Bestimmung der aktuellen vertikalen Schichtung der Atmo-
sphäre verwendet. Auch im Zeitalter der numerischen Modellierung zur Wettervorher-
sage sind diese unerlässlich zur Modellinitialisierung.
Im Allgemeinen werden bei einem Sondenaufstieg mindestens Temperatur und Taupunkt-
temperatur, 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 Son-
den 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 Radio-
sondierungen weltweit zur gleichen Zeit durchgeführt. So werden die meisten Sonden
zweimal täglich um 12 Uhr UTC und 00 Uhr UTC gestartet. Eine Sonde mit verschie-
denen Sensoren (siehe Abb. 5 wird zu diesem Zweck an einen mit Wasserstoff gefüllten
Ballon angebracht, welcher bis zu einer Höhe von 30 bis 35 Kilometer über Grund auf-
steigt. In etwa dieser Höhe platzt der Ballon und die Sonde fällt, gebremst durch einen
Fallschirm, auf die Erdoberfläche zurück.
6
Abbildung 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
3.4.1 Das SkewT-logP-Diagramm
Radiosondierungen geben Aufschluss über die Temperaturschichtung, die vertikale Feuch-
tigkeitsverteilung 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 unterschiedli-
chen Grössen zusammen. Davon sind einige in in Abbildung 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 Trockenadia-
bate nach rechts gebogen sind (Wieso ist das so?). Bei niedrigen Temperaturen
oder im oberen Bereich der Atmosphäre verlaufen Trocken- und Feuchtadiabate
parallel.
706610 LSMP Payerne
100 16650 m
SLAT 46.81
SLON 6.95
SELV 491.0
SHOW 4.68
LIFT −3.55
LFTV −4.21
SWET 80.79
KINX 22.10
14080 m CTOT 11.90
VTOT 29.90
TOTL 41.80
CAPE 1393.
CAPV 1550.
CINS −188.
200 12260 m CINV −116.
EQLV 192.6
EQTV 192.6
LFCT 712.4
LFCV 732.0
10830 m BRCH 28.25
BRCV 31.45
LCLT 288.6
LCLP 848.1
300 9600 m MLTH 302.5
MLMR 13.22
THCK 5748.
PWAT 22.81
400 7550 m
500 5880 m
600
700 3189 m
800
1550 m
900 817 m
1000 132 m 0.4 1 2 4 7 10 16 24 32 40g/kg
−40 −30 −20 −10 0 10 20 30 40
12Z 05 Aug 2013 University of Wyoming
Abbildung 6: Beispiel eines SkewT-log p Diagramms. Diese Radiosondierung wurde in Payerne
am 5. August 2013 um 14 Uhr (12 UTC) durchgeführt.
8• Die Mischungsverhältnislinien (blau) laufen von links unten nach rechts oben. Die
Werte für das Mischungsverhältnis sind im Diagramm in g/kg angegeben.
Abbildung 7: Skew-T-log p Diagramm mit den 5 zu unterscheidenden Linien.
3.4.2 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 tro-
ckenadiabatisch 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) ge-
nannt, 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 Sättigungsmischungsver-
hältnis des Luftpakets erreicht (siehe 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.
9Abbildung 8: Graphische Ermittlung des Hebungskondensations-Niveaus. Die Taupunktem-
peraturkurve 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 Luftpa-
ket 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 Stabili-
tät 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 He-
bung 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 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 Auf-
trieb mehr. Wird ein Luftpaket z.B. auf Grund von Turbulenz über das LNB gehoben,
ist es kälter als die Umgebungsluft und sinkt zurück.
10Abbildung 9: Graphische Ermittlung des Niveaus der freien Konvektion und des Gleichge-
wichtsniveaus.
11Bestimmung 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 10 zeigt die CAPE der Radiosondierung, die am 10. August 2014 um 12 Uhr
in Payerne aufgenommen wurde.
Abbildung 10: CAPE am 10 August 2014, 12 Uhr in Payerne
124 Aufgaben
Aufgabe 1 wird gemeinsam morgens im Vorfeld der Messungen gelöst. Aufgabe 2 bezieht
sich auf den morgens durchgeführten Radiosondenaufstieg und wird in Kleingruppen
gelöst und danach gemeinsam besprochen. Aufgaben 3 - 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: Wetterkarten
a) Bestimmt mithilfe von online Wetterkarten das Wetter in der Schweiz in der ver-
gangenen Woche und heute. Wetterkartenarchive könnte ihr zum Beispiel auf
http://www1.wetter3.de/ finden. 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 geeignete Station auf der Wetterkarte und
beschreibt die zeitliche Entwicklung vor Ort.
4.2 Aufgabe 2: Vorbereitung Radiosondierung
a) Für den Radiosondenaufstieg werden wir den Ballon mit so viel Helium füllen,
dass wir eine totale Hebung (L) von rund 1.5 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 (ρAir − ρHe ) (1)
R=L−P (2)
1/2
Rg
v= (3)
0.5 Cd A ρAir
L ist die totale Hebung (“lift”) in kg (diese Grösse messen wir mit einer Zugwaage),
V = (π/6) D3 das Volumen des gefüllten Ballons in m3 , ρAir = 1.205 kg m−3 und
ρHe = 0.166 kg m−3 die Dichte von Luft und Helium bei Normalbedingungen (T =
0 °C, p = 1013.25 hPa), R die Netto-Hebung (“residual lift”) in kg, P = 0.9 kg
die angehängte Masse (“payload”; Sonde, Schnur, Fallschirm), g = 9.81 m s−2 die
Gravitationskonstante, Cd = 0.25 der Reibungskoeffizient einer Kugel und A = πr2
die Querschnittsfläche des Ballons in m2 .
b) Erklärt mithilfe von Formel 3, warum die Auftriebsgeschwindigkeit während des
Aufstiegs als ungefähr konstant angenommen werden kann!
13c) Schaut euch auf http://www1.wetter3.de/animation.html die aktuellste Modell-
vorhersage (Init: 6 UTC) für die verschiedenen Geopotentiale (850 hPa, 700 hPa,
500 hPa, 300 hPa, 200 hPa) über Europa bzw. Mitteleuropa an! Welche gross-
skaligen Windbedingungen (Richtung und Stärke) könnt ihr daraus für die ver-
schiedenen Drucklevels der Troposphäre ableiten? Schaut euch nun die genaue
Windstärke für die verschiedenen Geopotentiale auf https://www.windy.com/ an.
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 25 – 30 km Höhe
(entspricht ungefähr 10 – 20 hPa) nach rund 1 – 1.5 Stunden). Zeichnet Sie auf
der Europakarte ein!
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 Stand-
orten der Wetterhäuschen rund um das CHN.
∗ Temperaturverlauf auf den Wochenstreifen des Thermohygrographs, so-
wie 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 Wet-
terkarten (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 Witte-
rungsbedingungen (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 erhalte-
nen Werte der Feuchte mit den Messungen der Meteostation auf dem CHN-Dach
(https://iac.ethz.ch/the-institute/weather-stations/eth-zuerich-chn.html).
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 ge-
14hörenden Karten zu finden. Wählt anschliessend auf
http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html drei unterschiedliche Gebiete aus
(z. B Wüste, Arktis und Regenwald) und vergleicht die Skew-T Diagramme mit-
einander. 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) Analysiert das SkewT-logP-Diagramm aus Abb. 6. Wo gibt es Inversionen? Be-
stimmt das LCL, LFC und LNB des SkewT-logP-Diagramm aus Abb. 6.
c) Übertrage die gemessene Sondierung in ein SkewT-logP-Diagram. Was bedeutet
der ausgeprägte Knick in der Temperaturkurve und was erwartet ihr in der Atmo-
sphäre, wenn die zwei Temperaturkurven (Temperatur und Taupunkttemperatur)
nahe beieinanderliegen? Gibt es Inversionen in der heutigen Atmosphäre?
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?
155 Anhang
5.1 Psychrometerauswertung
Aus abgelesener Trocken- und Feuchtetemperatur kann der herrschende Dampfdruck
und damit die relative Feuchte wie folgt errechnet werden:
e = e0s − α(T − Tf )p (4)
e
r= es
e gesuchter Dampfdruck (hPa)
es Sättigungsdampfdruck über Wasser bei der Temperatur des trockenen Thermome-
ters (Abb. 12 und 11)
e0s Sättigungsdampfdruck über Wasser oder Eis bei der Temperatur des feuchten
Thermometers (Abb. 12 und 11)
α Psychrometerkonstante: α = 6.45∗10−4 K −1 bei Wasser am feuchten Thermometer,
α = 5.7 ∗ 10−4 K −1 bei Eis
T Temperatur des trockenen Thermometers
Tf Temperatur des feuchten Thermometers
p Luftdruck
r relative Feuchte
165.2 Sättigungsdampfdruck
Abbildung 11: 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. 5.21 hPa falls Eis in der Nähe ist.
17Abbildung 12: Sättigungsdampfdruck als Funktion der Temperatur
185.3 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 Kondensa-
tion niederschlägt. Die Luftfeuchtigkeit lässt sich mittels dieser Taupunkttemperatur
präzise ermitteln. Das Gerät misst alle 10 Minuten während 40 Sekunden etwa 10 Ein-
zelwerte 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 unterschie-
den 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 Be-
stimmung 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%
19Niederschlagsmesser (Pluviometer)
Der Pluviometer ist beheizt wodurch fester Niederschlag (Schnee, etc.) geschmolzen wird.
Das Messsystem basiert auf einer Wippvorrichtung. Diese Wippe mit bekanntem Volu-
men füllt sich bei Niederschlag und entleert sich, sobald sie gefüllt ist, automatisch durch
eine Kippbewegung. Durch die Anzahl der Kippbewegungen pro Zeiteinheit wird die Nie-
derschlagsmenge bestimmt.
Technische Daten
Genauigkeit ±2%
Auffangfläche 200 cm /WMO-Norm
2
Einsatzbereich Temperaturen 0...+70°C (frostsicher bis -20°C)
20Sie können auch lesen
