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      Abb. 1.16 Schichtung der Troposphäre.

      Die unterste, die Laminare Unterschicht, ist nur wenige mm mächtig. Näheres über Schichten dieser Art findet man im Kapitel 7.7.2 unter Grenzschichttheorie“. Was „laminar“ bedeutet, wird im Kapitel 4.2.1 erklärt.

      Über ihr liegt die sogenannte Planetarische Grenzschicht. Sie ist je nach Situation zwischen 0,5 und 2 km mächtig und grenzt oben an die freie Atmosphäre. In Ihr spielt sich der gesamte Austausch von Wärme, Wasserdampf und Luftbewegung zwischen Erdboden bzw. Wasseroberflächen und der Atmosphäre ab. Alle Windbewegungen sind dort „turbulent“ (→ Kap. 4.2.1). Ihr unterer Teil, der bis etwa 50 m hoch reicht, heißt Prandtl-Schicht. In ihr nimmt – wegen des abnehmenden Einflusses der Bodenreibung – die Windgeschwindigkeit mit der Höhe spürbar zu. An ihrer Obergrenze erreicht sie 70 bis 80 % der 48 Werte in der freien Atmosphäre. Die Windrichtung bleibt jedoch weitgehend konstant.

      Zu erheblichen Änderungen der Windrichtung, die 45° überschreiten können, kommt es jedoch im oberen Teil der Planetarischen Grenzschicht, der sogenannten Ekman-Schicht.

      Häufig wird die Schicht zwischen dem Erdboden und 2 m Höhe als „bodennahe Grenzschicht“ oder „Geiger-Schicht“ bezeichnet. In ihr spielen sich die stärksten vertikalen Veränderungen von Temperatur, Wasserdampfgehalt und Wind ab.

      Verständnisfragen zu Kapitel 1

      (Hinweise auf Antworten in Klammern)

2Wasser

      Dem Wasser kommt in der Meteorologie eine ganz besondere Bedeutung zu, die im Wesentlichen darauf zurückzuführen ist, dass Wasser unter irdischen Bedingungen die drei Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig annehmen kann. Erst durch Kondensations-, Verdunstungs-, Schmelz- und Gefriervorgänge wird das möglich, was wir landläufig als Wetter bezeichnen. Ohne Wasser wäre auf der Erde kein Leben möglich, würden ganz andere Erosionsvorgänge ablaufen und würde sich ein Klima einstellen, das mit dem unsrigen kaum etwas gemeinsam hat.

2.1Definitionen und wichtige physikalische Gesetze über das Wasser in der Atmosphäre

      Das auf der Erde vorhandene Wasser wird, wie Tabelle 2.1 zeigt, auf knapp 1,4 Mrd. km3 geschätzt. Davon enthält die Atmosphäre rund 13 000 km3, das sind nicht einmal ganz 0,001 %. Noch einmal eine Größenordnung darunter liegt mit 1000 km3 der Wassergehalt der Lebewesen. Fast 15-mal so viel Wasser wie in der Atmosphäre finden wir in den Flüssen und Binnenseen. Im Boden sammeln sich mit nicht ganz 23,5 Mio. km3 rund 1,7 % des irdischen Wassers, der allergrößte Teil in Form von Grundwasser, nur ein winziger Bruchteil – vergleichbar mit dem in der Atmosphäre – wird als Bodenfeuchte an und zwischen den Bodenteilchen festgehalten. Etwa die gleiche Menge wie im Boden ist in den polaren und grönländischen Eismassen gebunden. Mit knapp 25 Mio. km3 enthalten sie fast 2 % der Gesamtwassermenge. Somit schlägt das Süßwasser mit etwa 3,5 % zu Buche. Der Rest von 96,5 % entfällt auf die Weltmeere, Binnenmeere und Salzseen. Der Anteil des Salzwassers ist also fast 30-mal so groß wie der des Süßwassers.

      Bestenfalls 4 %vol macht der Wasserdampf an der Gesamtmenge der Atmosphärengase aus. Würde sich aller Wasserdampf der Atmosphäre zu Wolken verdichten und ausregnen, so ergäbe sich eine Wasserschicht von nur 25 mm Höhe. Die Erd­atmosphäre enthält 13 000 km3 Wasser in Form von Wasserdampf, Dunst, Nebel, Wolken, Regen, Schnee und Hagel. Mit dieser Menge könnte man den Bodensee (Inhalt etwa 50 km3) über 250-mal füllen. Da im Mittel über die ganze Erde betrachtet die Jahresniederschläge einen See mit knapp 1000 mm Tiefe bilden würden, muss rein rechnerisch der gesamte Wasservorrat der Atmosphäre alle 9 bis 10 Tage einmal völlig umgewälzt werden. Welch atemberaubendes Tempo muss demnach das Wettergeschehen haben?

      Während die Begriffe Eis und Wasser im Sinne von flüssigem Wasser jedem geläufig sind, herrschen bei der gasförmigen Phase, dem Wasserdampf, manchmal falsche Vorstellungen. Wasserdampf im meteorologischen Sinne ist nicht das, was als sichtbare Wolke aus einem Dampfkessel oder einem Kühlturm herauskommt. Wasserdampf ist vielmehr ein farbloses, durchsichtiges Gas, das mit dem Auge überhaupt nicht wahrgenommen werden kann.

      Gut zu wissen

      Wasserdampf ist ein unsichtbares Gas. Der Begriff „Dampfwolke“ ist im meteorologischen Sinne nicht richtig.

2.1.1Feuchtemaße

      Man kann den Wasserdampfgehalt der Luft bequem angeben, indem man sagt, wie viel g Wasser jeder m3 enthält. Diese Größe heißt absolute Feuchtigkeit a, gelegentlich wird sie kurz auch absolute Feuchte genannt. Ihre Einheit ist g Wasserdampf/m3 Luft. Diese Angabe hat aber einen Nachteil. Denkt man sich ein Luftpaket auf ein anderes Niveau verschoben, so ändert sich sein Volumen und damit trotz gleichbleibender Wasserdampfmenge die absolute Feuchte.

      Man verwendet daher lieber eine andere Größe, bei der dieses Problem nicht auftritt: die spezifische Feuchtigkeit oder spezifische Feuchte s. Sie 50 gibt an, wie viel g Wasserdampf in 1 kg feuchter Luft enthalten sind.

      Diese Angabe ist bei Vertikalbewegungen konstant, solange keine Kondensation oder Verdunstung von Wolken oder Niederschlagsteilchen stattfindet. 1 kg Luft bleibt 1 kg, gleichgültig, unter welchem

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