HBS006 Der Luftdruck und das Wetter

05/31/20 • -1 min

In der letzten Folge habe ich erzählt, wie schwer Luft ist und wie der Luftdruck von der Lufttemperatur abhängt. Ungeklärt blieb aber die Frage wie der Luftdruck mit dem Wetter verbunden ist und welche Auswirkungen das hat. Für die Wettervorhersage ist es daher wichtig den Luftdruck zu kennen. Und noch eine andere spannendere Frage bleibt: Wie kann aus Luftdruckveränderungen Rückschlüsse auf das kommende Wetter gezogen werden? Wer schon mal Wetterkarten gesehen hat, erinnert sich vielleicht an die Linien, die die Bereiche mit gleichem Luftdruck darstellen. Das sind die sogenannten Isobaren. Mithilfe der Isobaren auf den Karten ist dann zu sehen, wo sich Hoch- und Tiefdruckgebiete befinden. Bei Hochdruckgebieten ist dabei der Luftdruck im Zentrum am höchsten und im Umkreis niedriger. Hochs werden meist mit schönem Wetter in Verbindung gebracht. Oft kommt es zur Wolkenauflösung und daher viel Sonne. Das liegt an der Bewegung der Luft. In Hochdruckgebieten sinkt die Luft zu Boden, erwärmt sich und nimmt somit mehr Wasserdampf auf. Und das hat die Wolkenauflösung zur Folge. In einem Tief ist es hingegen genau umgekehrt. Der Druck im Zentrum des Tiefs ist am niedrigsten und steigt in der Umgebung rasch an. In einem Tief steigt die Luft auf und kühlt sich dabei ab. Irgendwann kondensiert der Wasserdampf, es bilden sich Wolken, die dann gegebenenfalls Regen bringen. Die Lage von Hoch- und Tiefdruckgebieten ist daher schon mal ein guter Indikator wie das Wetter an den jeweiligen Orten ist. Wer ein Barometer zu Hause hat oder eine App, die den Luftdruck anzeigt, kann damit schon erste Erkenntnisse ziehen wie das Wetter ist. Ist der Luftdruck eher tief, wie zum Beispiel um 990 hPa, ist das Wetter wahrscheinlich wechselhafter. Das spricht für eher stürmisches und regnerisches Wetter. Zeigt das Barometer bei uns tendenziell hohe Werte wie 1030 hPa an, ist eher mit sonnigem und trockenen Wetter zu rechnen. Nun ist es zwar ganz nützlich den momentanen "Absolutwert" des Luftdrucks zu kennen. Aber das ist nicht sehr aussagekräftig. Entscheidend für das kommende Wetter ist eher die Luftdruckänderung bzw. die Luftdrucktendenz. Die Luftdrucktendenz gibt die Änderung des Luftdrucks in einem bestimmten Zeitintervall an. In der Wettervorhersage wird oft die Luftdrucktendenz der letzten 3 Stunden zuhilfe genommen. Es wird verglichen wie der Luftdruck zur aktuellen Stunde ist und wie er vor drei Stunden war. Mithilfe der Luftdrucktendenz werden Fronten analysiert und Frontdurchgänge prognostiziert. Auch die Verlagerung von Druckgebieten kann damit untersucht werden. Aus der Art der Änderung sowie deren Betrag können verschiedene Schlussfolgerungen gezogen werden. Die erste Möglichkeit ist der Luftdruck bleibt gleich bzw. konstant. Gleichbleibender Luftdruck über mehrere Tage, manchmal auch nur Stunden, tritt während eines Hochdruckgebietes auf. Das bedeutet aber nicht unbedingt, dass der Wert immer derselbe ist und konstant bleibt. Typische Luftdruckschwankungen um etwa 1 hPa innerhalb von 12 Stunden sind normal und entsprechen dem Tagesgang. Gleichbleibender Luftdruck ist ein Zeichen für stabiles und gleichbleibendes Wetter. Im Sommer ist das vielleicht ganz schön, weil oftmals die Sonne scheint und nur wenig Wolken vorhanden sind. Dann steigt allerdings auch die Trockenheit. In den Übergangsmonaten kann langes stabiles Wetter auch unangenehm sein. Bildet sich zum Beispiel Hochnebel, hat das einen eher grauen und trüben Himmel zur Folge, der dann über mehrere Tage oder sogar Wochen so bleibt. Und das ist dann nicht unbedingt "gutes" Wetter. Erst wenn der Luftdruck steigt oder fällt, kommt es zu einer Wetteränderung. Ansteigender Luftdruck spricht für eine Wetterbesserung. Ist der Anstieg des Luftdrucks eher langsam und stetig deutet das auf eine langfristige Wetterbesserung hin. Ein starker Anstieg wie zum Beispiel 1 hPa pro Stunde ist eher ein Zeichen für eine kurzfristige Wetterbesserung. Obwohl das Wetter dann "schöner" ist, kann immer noch ziemlich heftiger Wind wehen. Auch in der Wettervorhersage bzw. Wetteranalyse ist ansteigender Druck bzw. eine positive Luftdrucktendenz wichtig. Denn das ist ein Zeichen, dass die Front nun an diesem Ort durchgezogen ist. Nähert sich zum Beispiel eine Kaltfront, fällt der Luftdruck zunächst. Ist die Kaltfront vorübergezogen, steigt der Luftdruck wieder. Nach dem Regen der Front lösen sich dann oft die Wolken auf und die Sonne scheint. Dann ist es für einige Zeit schön bei meist kühleren Temperaturen und eventuell böigen Wind. Mit fallendem Luftdruck ist vielleicht das interessanteste Ereignis verbunden. Ein langsamer stetiger Luftdruckabfall deutet auf eine Wetterveränderung hin. War es beispielsweise über lange Zeit sonnig mit wenig Wolken, ist das ein Zeichen, das diese (Schönwetter-)phase sich dem Ende neigt. Das ist manchmal nicht so leicht zu erkennen, wenn die Luftdruckveränderung von Schwankungen überlagert ist. Ein stark fallender Luftdru...

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HBS005 Wie schwer ist Luft

Der Luftdruck ist eines der geläufigsten Begriffe in der Wettervorhersage. Täglich begegnet er uns in den Wetterberichten. Aber was ist der Luftdruck eigentlich und was bewirkt er? Die Erde ist umgeben von einer Menge Luft. Die Luft ist aber nicht schwerelos, sondern wiegt auch etwas. Unsere Atmosphäre drückt mit einem bestimmten Gewicht auf die Erde. Allgemein beschreibt der Druck mit welcher Kraft ein Körper auf eine Fläche von einem Quadratmeter wirkt. Was heißt das für den Luftdruck? In diesem Fall beschreibt das Gewicht der Atmosphäre die Kraft, mit der ein Körper, hier unsere Luft, auf einen Quadratmeter Fläche wirkt. Da der Begriff Luft recht allgemein ist, wird eher von einer Luftsäule gesprochen. Diese Luftsäule reicht vom Erdboden bis zum äußersten Rand der Atmosphäre. Der Luftdruck lässt sich nun als das Gewicht einer Luftsäule verstehen, die senkrecht auf eine gewisse Fläche drückt. Hochgerechnet wiegt die gesamte Atmosphäre ungefähr 5 Billiarden Tonnen. Das ist eine recht unanschauliche Zahl. Etwas greifbarer sieht das so aus: Auf von unseren Schultern lastet ein Gewicht von etwa drei afrikanischen Elefantenbullen, das entspricht 17 Tonnen. Warum wird der menschliche Körper oder auch ein Hausdach nicht von dem enormen Gewicht zerdrückt? Nun, zum einen umgibt uns der Druck von allen Seiten und nicht nur von oben. Und außerdem haben wir uns als Mensch dem bodennahen Druckniveau angepasst. Der Mensch hat einen Körper-Innendruck, der von innen nach außen gegen den Luftdruck drückt. Und das Hausdach stürzt nicht durch die Last von oben ein, da der Luftdruck auch von unten gegen das Hausdach drückt. Auch hat der Mensch kein Sinnesorgan, um den Luftdruck wahrzunehmen. Es gibt allerdings Situationen, in denen wir den Luftdruck doch spüren. Sitzen wir zum Beispiel in einem Flugzeug, das startet oder landet, sind wir starken Luftdruckänderungen ausgeliefert. Diese spüren wir dann durch ein Druck oder Knacken im Ohr. Der Luftdruck bzw. seine Veränderung wird auch bemerkbar, wenn wir zum Beispiel einen Berg emporklimmen. Irgendwann fällt es uns schwer zu atmen. Und wenn wir eine bestimmte Höhe erreicht haben, benötigen BergsteigerInnen sogar eine Sauerstoffmaske. Ab diesen Höhen ist die Luft zu dünn, um die Lunge ausreichend mit Sauerstoff zu füllen. Es drückt einfach nicht genug Luft in die Lunge. Der Luftdruck ist im Vergleich zum Boden teilweise schon sehr stark reduziert. Auf dem Mont Blanc beispielsweise entspricht der Luftdruck nur noch 50% von dem am Boden und auf der Spitze des Mount Everest ist es nur noch ein drittel. Man kann auch noch eine weitere spannende Beobachtung auf den Bergen machen. Die Siedetemperatur des Wassers ist nämlich abhängig vom Luftdruck. Das bedeutet, das Wasser fängt nicht bei 100 Grad Celsius an zu kochen, sondern schon bei geringeren Temperaturen. Wird auf der Zugspitze noch etwa 90 Grad Celsius benötigt, um das Wasser zum kochen zu bringen, sind es auf dem Mount Everest nur noch ungefähr 70 Grad Celsius. Der Siedepunkt nimmt pro 300 m um etwa ein Grad ab. Natürlich spielt auch das Wetter auf den Bergen eine Rolle und auch dort kommen Luftdruckschwankungen vor. Deshalb kann man ohne den genauen Luftdruck zu kennen keine genaue Angabe über die Siedetemperatur machen. Noch mal zurück zum Luftdruck an sich: Der Luftdruck ist ja etwas unanschaulich, wir können ihn weder sehen noch anfassen. Um den Luftdruck etwas besser zu verstehen, stelle sich jede ein Glas mit Wasser vor. Am Boden des Glases ist der Wasserdruck am größten, denn das darüber liegende Wasser drückt nach unten. Nach oben hin nimmt der Wasserdruck weiter ab bis er an der Wasseroberfläche komplett verschwindet. So ähnlich ist es auch in der Atmosphäre. Dabei wird nun eine Luftsäule statt ein Glas Wasser betrachtet. Auch in der Luftsäule nimmt der Luftdruck mit der Höhe ab. Das Gewicht der Luft drückt von oben auf die darunter liegende Luft. Je höher man kommt, desto weniger Luft befindet sich darüber und der Luftdruck wird geringer. Nun nimmt der Luftdruck mit der Höhe aber nicht gleichmäßig ab. Die Luftdruckabnahme am Boden erfolgt recht schnell und wird nach oben hin immer langsamer. Der Luftdruck ist vom Gewicht der darüber liegenden Luft abhängig. Das bedeutet, die vertikale Luftdruckabnahme ist selbst auch vom Luftdruck abhängig. Das macht die Sache etwas komplizierter, ist aber nicht unlösbar. Um den Luftdruck in verschiedenen Höhen auszurechnen, gibt es die sogenannte Barometrische Höhenformel. Das ist eine der grundlegenden Gleichungen, die es in der Meteorologie gibt. Sie liefert einen Verlauf der Höhenkurve des Luftdrucks. Demnach gehen wir am Boden von einem Standarddruck von 1013 hPa aus. In 5,5 km Höhe hat sich der Luftdruck bereits halbiert und beträgt etwa 500 hPa. Das ist eine der wichtigsten Höhen für die Wettervorhersage. Weitere 5 km höher hat sich der Luftdruck nochmals halbiert und beträgt in etwa 11 km nur noch 250 hPa. So geht das in etwa weiter. Doch haben wir bei Luft keine f...

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HBS007 Der Geruch des Regens

"Uiuiui, da braucht sich ganz schön was zusammen. Ich kann den Regen schon riechen." Das ist kein alberner daher geholter Satz, sondern da ist tatsächlich etwas dran. Nähert sich nach einer langen trockenen Phase ein Regenschauer, ist das markante Aroma besonders intensiv. Wie kommt das und warum riechen wir Regen überhaupt? Wenn es regnet, fällt Wasser vom Himmel. Aber pures Wasser ist geruchlos, dennoch "verströmt" Regen einen Duft. Dieser Duft hat einen Namen und wird Petrichor genannt. Der Geruch des Regens. Oder etwas wortwörtlicher: Das Blut der Steine. Petrichor setzt sich aus den griechischen Wörtern Petra, was Stein bedeutet, und Ichor zusammen. Ichor beschreibt laut griechischer Mythologie, die Flüssigkeit, die in den Adern der griechischen Götter fließt. Der Begriff Petrichor wurde 1964 von den australischen ChemikerInnen Isabel J. Bear und Richard G. Thomas geprägt. Bear und Thomas waren aber nicht die ersten, die wissen wollten, wo das Aroma herkommt bzw. entsteht. Bereits 1865 hat der Chemiker TL Phispon einen Zusammenhang von organischen Substanzen und ätherischen Ölen erkannt, die von vielen Blumen abgesondert werden und in die Erde gelangen. Und erst bei Regen freigesetzt werden. Allerdings veröffentlichte er seine Aufzeichnungen erst 25 Jahre später als zwei französische Chemiker (Professor Berthelot und M. André) ihre Theorie über den "Duft der Erde" ("Sur l'Odeur propre de la Terre", 1891) publizierten. In langen Trockenperioden produzieren bestimmte Pflanzen ein gelbliches Öl. Und das wird wiederum von den Steinen und dem Erdboden absorbiert. Fällt nun der Regen auf die Gesteine, gelangt das ätherisch Öl in die Luft. Aber neben diesem gelblichen Öl wird auch ein weiterer Soff freigesetzt. Geosmin. Geosmin ist ein Alkohol, den Bakterien im Boden frei setzen. In einer Trockenperiode fahren die Bakterien ihre Aktivität runter und produzieren sehr wenig bis kein Geosim. Erst wenn es feuchter wird, steigt ihre Aktivität und sie setzen den Geruch Geosmin frei. Daher ist das Aroma manchmal sehr gut am frühen Morgen zu riechen, wenn der Boden von Tau bedeckt ist. Sie sind verantwortlich für den muffig-erdigen Duft, der der Bodengeruch Geosmin ausmacht. Diese beiden Duftstoffe Petrichor und Geosmin machen das markante Aroma des Regens aus. Das erklärt zwar was den Geruch ausmacht, jedoch noch nicht wie der Geruch genau in die Luft gelangt. Und nicht nur diese beiden Stoffe werden freigesetzt. Beispielsweise enthalten Aerosole auch Bakterien wie E. coli. Das macht es umso interessanter und auch wichtiger herauszufinden, wie genau die Aerosole in die Luft gelangen und weiter transportiert werden. Die Erkenntnis ließ einige Zeit auf sich warten. Erst vor wenigen Jahren wurde diese Frage geklärt. Im Jahr 2015 ist der Prozess der Freisetzung des Geruchs geklärt worden. Wissenschaftler um den damaligen Doktoranden Young Soo Joung sind der Ursache der Freisetzung/Verbreitung des Aromas auf die Spur gekommen. Sie filmten mit einer Hochgeschwindigkeitskamera den Moment, in dem ein Tropfen auf den Boden aufprallt. Zunächst wird der Tropfen beim Aufprall flach. Gleichzeitig lösen sich vom Boden winzige Luftbläschen unterhalb des Tropfen. Diese Luftbläschen enthalten Aerosole. Die in den Luftbläschen eingeschlossenen Aerosole befinden sich dann in diesem Tropfen. Platzt nun der Regentropfen und damit dann auch die kleinen Bläschen, werden die Duftstoffe freigesetzt und gelangen in die Luft. So gelangen in wenigen Mikrosekunden hunderte Aerosolpartikel in die Luft. Es bildet sich sozusagen eine Duftwolke, die wir dann wahrnehmen. Die Intensität des Geruchs hängt von drei Faktoren ab: Zum einen von der Porosität des Bodens. Hohlräume und eher lockerer Boden sind gut fürs Aroma. Vor allem in Wald- und Lehmböden ist die Erde oft schön locker und daher ist dort der muffige Geruch und Petrichor besonders intensiv zu riechen. Als zweiter Faktor spielt die Feuchtigkeit des Bodens eine Rolle. Auf trockenen Böden, wie nach langen Hitze- und Trockenperioden, werden mehr Duftstoffe freigesetzt als bei eh schon feuchten Böden. Der dritte und letzte Faktor ist die Intensität des Niederschlags. Bei leichtem oder mäßigem Regen kommt das Aroma besonders gut zum Vorschein. Bei starken Niederschlägen wird die Duftwolke hingegen nicht mehr so gut durch die Luft gewirbelt und kann nicht so gut weiter transportiert werden. Außerdem bilden sich auch weniger Luftbläschen. Manchmal kann man den Regen sogar schon aus der Ferne riechen. Dann kommt der erste Schwall eines herannahendes Schauers oder Gewitters an. Der kalte Ausfluss einer Gewitterlinie führt die Duftstoffe und damit den Regengeruch mit sich. Dabei wird der Regengeruch auch in Regionen transportiert, wo der Regen nicht unbedingt ankommt. Aber es erhöht sich dort trotzdem auch die Luftfeuchtigkeit. Damit werden auch die Poren von Steinen und der Erde feuchter. Und so wird der Regengeruch auch schon vor dem Regen in ger...