Meteorologie

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Allgemeines zum Aufbau der Atmosphäre[Bearbeiten]

Die relativ dünne Luftschicht unserer Erde wird Atmosphäre genannt. Dabei sind Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%), Edelgase (0,7%) und Kohlendioxid die Hauptbestandteile dieses Gasgemisches.
Aufbau der Atmosphäre
Reflexion vom Radiowellen

Die Atmosphäre wird, aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften, in mehrere Schichten unterteilt.

Je nach Jahreszeit befindet sich die uns wohl bekannteste Schale, nämlich die Troposphäre, zwischen 10km im Winter und 12km im Sommer. Das arithmetische Mittel in der Troposphäre unterliegt tages- und jahreszeitlichen Schwankungen, nimmt aber bis zum Beginn der Stratosphäre, also der nächsten Schicht, adiabatisch ab.

Die Stratosphäre liegt über der Troposphäre und erreicht eine Höhe von etwa 50 km.

Zunächst bleibt hier die Temperatur in der sogenannten Tropopause bis etwa 50 km gleich, darüber steigt sie unregelmäßig mit zunehmender Höhe an. An der Obergrenze dieser Sphäre, der Stratopause, werden in etwa wieder die gleichen Temperaturen gemessen wie am Erdboden. Laminare (gleichmäßige) Luftströmungen, seltene Wolkenbildung und ein hoher Ozongehalt sind Merkmal dieser Schicht. Für die die in Chemie nicht sonderlich aufgepasst haben eine kurze Zusammenfassung bzgl. Ozon: Ozon ist eine dreiatomige Sauerstoffart, bei deren Bildung harte, ultraviolette Strahlung 'ausgelöscht' wird. Dies schützt die Erdoberfläche vor der bedrohlichen UV-Strahlung. Die Mesosphäre erstreckt sich von der Stratopause bis etwa 80 km Höhe. In diesem Bereich verhält sich der Temperaturverlauf degressiv. An der oberen Grenze, Mesopause gennant, werden hin und wieder leuchtende Nachtwolken beobachtet. Sie bestehen vermutlich aus kosmischen Staub.

In der an die Mesopause anschließende Ionosphäre, ist ein progressiver Temperaturverlauf der teilweise ionisierten Luftteilchen zu beobachten. An ionisierten Schichten wie dieser könne Radiowellen reflektiert werden. Auch Nordlichter können entstehen. (To do: Physik Big Bang 8 Klasse verfeinern) Da die Luftdichte in dieser Höhe bereits außerordentlich gering ist und immer weiter abnimmt, können Satelliten schon ab einem Niveau von 100 km um die Erde kreisen. Weniger Luftwiderstand heißt auch gleichzeitig weniger Energieaufwand für das erreichen der benötigten Orbitalgeschwindigkeit. Ab ca. 600 km Höhe kann man bereits vom luftleeren Raum sprechen und die Exosphäre beginnt.


Eigenschaften der Luft[Bearbeiten]

Aggregatzustände

Der Zustand eines jeden Stoffes hängt unmittelbar von seiner Temperatur ab. In fester Form bilden die Atome und Moleküle eines Stoffes ein geschlossenes Gitter, welches durch Energiezufuhr (also durch hinzufügen von Wärme), sein Gefüge aufgibt. Er wird flüssig. Durch weiteres hinzufügen von Wärme steigert sich die Schwingungsbewegung der Teilchen und die lockere Bindung der Teilchen löst sich nun komplett auf. Das Material geht in den gasförmigen Zustand über.

Merksatz: Je höher die durchschnittliche Bewegungsenergie der Gasteilchen ist, desto bedeutender wird das Bestreben des Gases, sich auszudehnen.

Ohne die Erdanziehungskraft würde sich unsere Atmosphäre rasch im Orbit verteilen. Generell gilt, dass sich ein Gas unendlich weit ausdehnt, vorausgesetzt es behindern keine anderen entgegenwirkenden Kräfte diesen Vorgang. Auf der Erde befinden sich die meisten Luftteilchen nahe der Oberfläche und üben dort den größten Druck aus. Dabei nimmt eben der Luftdruck mit zunehmender Höhe überproportional ab. Vergleichbar ist dies mit einem Taucher in einem tiefen See. Mit zunehmender Tauchtiefe wächst der Druck auf den Körper spürbar an. Dieses Phänomen dürfte uns wohl allen bekannt sein. Also, mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck und der Sauerstoffgehalt, aufgrund der Verringerung der Teilchenzahl rapide ab.

Luftdruck mit zunehmender Höhe in hPa
Meeresspiegel ca. 1000 hPa
5500 m ca. 500 hPa
11000 m ca. 250 hPa
16500 m ca. 125 hPa
22000 m ca. 63 hPa
Wetterkarte der ZAMG Österreich

Weiters ist der Luftdruck noch von diversen anderen Faktoren abhängig und kann daher teils stark Schwanken. Auslöser dafür sind beispielsweise: Veränderungen der Luftdichte durch Temperaturänderungen und dynamische Strömungen der Luftmasse. Grundsätzlich sind die tageszeitlichen Schwankungen in unseren Breitegraden relativ gering. In der Regel schwanken die Luftdruckwerte auf Meereshöhe zwischen 960 hPa und 1040 hPa. Wetterstationen messen daher in regelmäßigen Abständen den Luftdruck, um diese Werte z.B in Wetterkarten verwenden zu können. Zur besseren Veranschaulichung der aktuellen Druckverhältnisse in einem größeren Gebiet, können die einzelnen Punkte mit selbigen Luftdruck verbunden werden (Linien werden Isobaren genannt). Als Ergebnis erhält man eine anschauliche Karte, aus der man Zentren, Ausläufer und allgemeine Ausdehnungen der Druckbereiche herauslesen kann. Auch gibt es hier weitere Bezeichnungen verschiedener Druckgebilde, allerdings würde uns das an dieser Stelle zu weit führen.



Barometrische Höhenmessung (Berechnete Luftdruckwerte)[Bearbeiten]

Um in der Luftfahrt zu jedem Zeitpunkt eine ausreichende vertikale Staffelung gewährleisten zu können geht man von einer Standardhöhe aus. Man verwendet dazu die Meereshöhe und eine Standardtemperatur von 15°C. Auch nimmt man in der Luftfahrt einen Standardwert von 1 hPa pro 30 ft an, um den Luftdruck auf Meeresniveau umzurechnen. Dieser Luftdruckwert wird QNH genannt und wird in der zivilen Fliegerei am häufigsten verwendet.



!Für Fortgeschrittene!: Da allerdings der aktuelle Luftdruck durch Höhendifferenzen verschiedener Messstationen nicht "genormt" wäre, muss dieser Wert, unter Berücksichtigung der Lufttemperatur am Messort, auf Meereshöhe zurückgerechnet werden. Man erhält den berechneten QFF-Wert. Hauptsächlich wird der QFF für die Isobarenkurven auf Wetterkarten verwendet.

Ein kurzes Beispiel: An einer Wetterstation in 1800 ft Höhe wird ein Luftdruck (QFE) von 980 hPa gemessen. Wie bekommen wir nun den aktuellen QNH? Man rechnet wie folgt: Da es sich um eine Höhendifferenz zum Meeresspiegel von 1800 ft handelt, der Luftdruck somit auf Höhe der Messtation geringer ist und der Luftdruck pro 30 ft um 1 hPa sinkt, müssen wir die aktuelle Höhe (1800 ft) durch 30 ft dividieren und zum QFE (980 hPa) addieren. Nun haben wir den QNH (=1040 hPa) rechnerisch ermittelt. Kurz: 1800:30 hPa + 980 hPa = 1040 hPa



Trotzdem unterscheidet man zwischen verschiedenen Q-Gruppen. Einige davon haben wir oben bereits verwendet. (z.B QFE, QFF, QNH, QNE, usw.). Die vier wichtigsten Gruppen sind:

QFE: Als QFE wird der am Boden gemessene Luftdruck bezeichnet. (Stationshöhe). Wird am Höhenmesser das QFE eingestellt, so zeigt er in einem Flugzeug am Boden eine Höhe von 0 m oder 0 ft an. Anwendungsbereich: Kunsflug und teilweise Segelflug.

QFF: Ein auf Meereshöhe reduzierter Luftdruck, wobei man von der tatsächlichen Temperatur ausgeht. Anwendungsbereich: Veranschaulichung von Druckgebilden auf Wetterkarten.

QNH: Ein auf Meereshöhe reduzierter Luftdruck unter Annahme von Standardwerten. Anwendungsbereich: Flugverkehr unter dem Transition Level (TRL).

QNE: Ist die Höhe über der Standarddruckfläche von 1013,25 hPa. Alle Höhenwerte über der Transition Altitude (TA) entsprechen diesem Wert und werden "Flugfläche" oder "Flight Level (FL)" genannt.

Zusammenfassend kann man sagen, dass sich der Luftdruck mit zu- oder abnehmender Höhe und mit der Wetterlage ändert. Er stellt die Grundlage für Höhenmesseranzeigen dar und wird in Hektopascal (hPa) angegeben.


Übergangsflughöhen[Bearbeiten]

Transition Layer (Übergangsschicht)

Unter einer Übergangsflughöhe versteht man jene Höhe, bei der eine Änderung am Höhenmessersetting erfolgt (z.B QNH auf Standard oder umgekehrt). In diesem Zusammenhang gibt es drei relevante Begriffe:

Transition Altitude (TA) (Übergangshöhe): Beim passieren dieser Höhe stellt man den Höhenmesser vom lokale Luftdruck (QNH) auf den Standardluftdruck (1013 hPa) um.

Transition Level (TRL) (Übergangsfläche): Ist jene Flugfläche, bei der im Sinkflug vom Standardluftdruck (1013 hPa) auf den lokalen Luftdruck umgestellt wird. Das Transition Level ist das Pendant zur Transition Altitude.

Transition Layer (Übergangsschicht): Ist der vertikale Bereich zwischen TA und TRL. Es sollte vermieden werden über längere Strecken (z.B Reiseflug), in dieser Übergangsschicht zu fliegen. Dies hat vor allem Staffelungstechnische und somit auch Sicherheitstechnische Gründe als Ursache. Es kann bereits bei geringen Differenzen zu einer womöglich gefährlichen Annäherung kommen könnte.

To Do: Werte der einzelnen Österreichischen Flughäfen in Bezug auf variierenden QNH


Luftfeuchtigkeit und Taupunkt[Bearbeiten]

Wird noch bearbeitet.


METAR[Bearbeiten]

Das METAR - METeorological Aerodrome Report (ursprünglich Französisch)- bietet einen groben Überblick der derzeitigen Wettersituation eines Flugplatzes. Jedes METAR enthält neben dem ICAO-Codes eines Flugplatzes auch andere Informationen wie z.B die Windrichtung- und Stärke, Sichtweite, Temperatur/Taupunkt, Luftdruck, Bewölkung usw. Grundsätzlich lässt sich ein METAR situationsabhängig über verschiedene Medien aufrufen (Text, Voice, Internet...). Es verhilft Piloten und auch Fluglotsen ständig am aktuellsten Stand zu bleiben, um eventuell wichtige Entscheidungen zu Treffen. Neben Wetterkarten und dem TAF, ist das METAR das wohl am häufigsten benutze Instrument zur "Wetterbeurteilung".

Weitere Erläuterungen findest Du hier im Wiki auf der METAR-Seite.


To be continued... Erstmal ausruhen ;) LG Martin Krall