Meteorologie: Atmosphäre [1/10]

Kurze Zusammenfassung

Dieses Video behandelt die Grundlagen der Meteorologie, die für die Pilotenausbildung relevant sind. Es werden der Aufbau der Atmosphäre, Lufttemperatur, Luftdruck, Luftdichte und die Funktionsweise des Höhenmessers im Flugzeug erklärt. Wichtige Punkte sind die verschiedenen Schichten der Atmosphäre, der Temperaturverlauf, die Zusammensetzung der Luft, Inversionen, die Bedeutung der Troposphäre, die verschiedenen Arten der Wärmeübertragung, die Definitionen von stabilem, indifferentem und labilem Gleichgewicht, sowie die verschiedenen Höhen- und Druckbegriffe.

• Aufbau der Atmosphäre und ihre Schichten
• Lufttemperatur, Druck und Dichte
• Funktionsweise und Fehlerquellen des Höhenmessers

Aufbau der Atmosphäre

Die Atmosphäre besteht aus verschiedenen Schichten: der Reibungsschicht (bis 1,5 km Höhe), der Troposphäre (bis 11 km Höhe), der Stratosphäre (bis 50 km Höhe), der Mesosphäre (bis 80 km Höhe), der Thermosphäre (bis 400 km Höhe) und der Exosphäre (bis 1000 km Höhe). Die Troposphäre ist die wichtigste Schicht, da hier das Wettergeschehen stattfindet und der größte Teil des Lebens existiert. Der Luftdruck nimmt exponentiell mit der Höhe ab, während die Temperatur zunächst abnimmt, dann konstant bleibt und schließlich wieder ansteigt.

Lufttemperatur

Die Lufttemperatur wird in Grad Celsius gemessen. Es gibt verschiedene Messinstrumente wie Quecksilberthermometer und Bimetallthermometer. Die Wärmeübertragung kann durch Konduktion, Konvektion, Advektion und Turbulenzen erfolgen. Der Temperaturgradient in der Atmosphäre kann stabil, indifferent oder labil sein, was Auswirkungen auf die Wetterentwicklung hat. Inversionen sind Wetterlagen, bei denen die Temperatur mit der Höhe zunimmt.

Gleichgewichtszustände

Es gibt drei Gleichgewichtszustände: stabil, indifferent und labil. Ein stabiles Gleichgewicht kehrt nach einer Störung in den ursprünglichen Zustand zurück. Ein indifferentes Gleichgewicht bleibt in einem neuen Zustand. Ein labiles Gleichgewicht entfernt sich immer weiter vom Ausgangszustand. In der Meteorologie bezieht sich dies auf den Temperaturgradienten und die Reaktion von Luftpaketen.

Inversionen

Eine Temperaturinversion ist eine Wetterlage, bei der die Temperatur mit der Höhe zunimmt. Es gibt verschiedene Arten von Inversionen, wie z.B. Bodeninversionen, Talinversionen, Subsidenzinversionen und Inversionen an Luftfronten. Diese können die Wetterentwicklung beeinflussen und zu stabiler Luftschichtung führen.

Sonnen- und Erdstrahlung

Sonnenstrahlung wird in der Atmosphäre reflektiert, gestreut oder absorbiert. Die Absorption ist entscheidend für die Erwärmung. Verschiedene Oberflächen haben unterschiedliche Absorptionsraten. Die von den Erdoberflächen aufgenommene Wärme wird als Erdstrahlung wieder abgegeben, was zu einem Temperaturabfall führt. Wolken und Wasserdampf können diesen Energieverlust abschwächen.

Tages- und Jahreszeitliche Schwankungen

Die Lufttemperatur ist abhängig von saisonalen Schwankungen, dem Einfluss von Wind und Wolken. Saisonale Schwankungen entstehen durch den Winkel der Sonneneinstrahlung und den Einfluss von Ozeanen und Kontinenten. Wind und Wolken beeinflussen den Tagesverlauf der Lufttemperatur.

Luftdruck

Luftdruck ist die Kraft, die die Luft aufgrund ihres Gewichts auf eine bestimmte Fläche ausübt. Er wird in Hektopascal gemessen. Der Standardluftdruck beträgt 1013,25 Hektopascal. Gebiete mit hohem Luftdruck werden als Hochdruckgebiete bezeichnet, Gebiete mit niedrigem Luftdruck als Tiefdruckgebiete. Isobaren sind Linien gleichen Drucks auf Wetterkarten.

Luftdichte

Die Luftdichte nimmt mit der Höhe ab. Sie ist über die allgemeine Gasgleichung mit Temperatur und Druck verknüpft. Bei konstantem Druck nimmt die Dichte mit steigender Temperatur ab. In großen Höhen nimmt der Luftdruck ab, was die Luftdichte reduziert und den Auftrieb sowie die Motorleistung verringert.

Standardatmosphäre

Die Standardatmosphäre (ISA) dient als Referenzmodell für atmosphärische Bedingungen. Sie beschreibt standardisierte Werte für Druck, Temperatur und Dichte in verschiedenen Höhen. Die Standardlufttemperatur beträgt 15°C und der Standardluftdruck 1013,25 Hektopascal auf Meereshöhe.

Höhenmesser

Der Höhenmesser misst die Höhe über einem eingestellten Druckwert. Es gibt verschiedene Höhen- und Druckbegriffe wie Altitude (AMSL), Height (AGL) und Druckhöhe. QNH bezieht sich auf die Höhe über dem Meeresspiegel, QFE auf die Höhe über Grund und QNE auf die Höhe über dem Standardluftdruck.

Höhen- und Druckbegriffe

Es werden verschiedene Höhen- und Druckbegriffe erläutert: Altitude (AMSL), Height (AGL), Druckhöhe (Pressure Altitude) sowie die zugehörigen Q-Schlüssel QNH, QFE und QNE. Die Druckhöhe wird ab einer bestimmten Höhe (Transition Altitude) verwendet, um einen einheitlichen Bezugspunkt für den Luftraum zu schaffen.

Berechnung der Druckhöhe

Die Druckhöhe kann berechnet werden, indem man den Unterschied zwischen dem gegebenen QNH-Wert und 1013,25 Hektopascal ermittelt und diesen Wert mit dem entsprechenden Höhenabstand pro Hektopascal multipliziert. Die wahre Höhe (True Altitude) berücksichtigt zusätzlich die Temperatur. Die Density Altitude ist die Druckhöhe, korrigiert um die Abweichung der Luftdichte von der Standardatmosphäre.

Meteorologische Fehler des Höhenmessers

Es gibt zwei wichtige Merksätze zu den meteorologischen Fehlern des Höhenmessers: "Vom Hoch ins Tief, das geht schief" und "Vom Warm zu Kalt, das knallt". Diese beziehen sich auf die Auswirkungen von Druck- und Temperaturänderungen auf die angezeigte Höhe. Außerdem können beschleunigte Luftströmungen in Gebirgstälern den lokalen Druck beeinflussen und zu Höhenmesserabweichungen führen.