Wettererscheinungen

Als Wetter wird der physikalische Zustand der Atmosphäre bezeichnet. Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag, Luftdruck, Wind – all das sind Zustandsgrößen des Wetters.

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Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit

Was messen Wetterstationen?

Wetterstationen messen vor allem Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Niederschlag, Wind, Sonnenscheindauer und Globalstrahlung, manchmal zum Beispiel auch die Bodentemperatur oder die Höhe der Schneedecke. In Österreich werden diese Messungen normalerweise automatisch durchgeführt. Die Messdaten werden alle 10 Minuten an die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) gesendet.

Lufttemperatur

Damit die Messung der Lufttemperatur nicht von direkter Sonneneinstrahlung oder einem aufgewärmten Boden beeinflusst wird, misst man die Temperatur normalerweise auf einer Wiese 2 m über dem Boden in einer gut durchlüfteten Wetterhütte. Das wird im Allgemeinen überall auf der Welt so gemacht. So kann man die Lufttemperatur an den verschiedenen Orten der Welt gut miteinander vergleichen.

Wetterhütte in 2 Meter Höhe — Das Thermometer befindet sich im Schatten – in der Wetterhütte.

Die Temperatur misst man mit einem Thermometer. Allerdings verwendet man heute elektronische Temperatursensoren.

Mit einem Maximumthermometer und einem Minimumthermometer wird die niedrigste und die höchste Temperatur an einem Tag gemessen. Diese Messung ist auch wichtig für eine möglichst genaue Wettervorhersage.

Maximumthermometer und Minimumthermometer — Maximumthermometer (oben) und Minimumthermometer (unten)

Ein Maximumthermometer ist wie ein Flüssigkeitsfieberthermometer aufgebaut: Das Röhrchen, in dem sich die Flüssigkeit befindet, hat eine Engstelle. Wenn es wärmer wird, dehnt sich die Flüssigkeit aus und wandert durch die Engstelle. Wenn es dann wieder kälter wird, fließt die Flüssigkeit nicht durch die Engstelle zurück, sondern wird hier abgetrennt. Um dann eine neue Maximaltemperatur messen zu können, muss die Flüssigkeit durch kräftiges Schütteln wieder durch die Engstelle zurückgebracht werden.

Im Minimumthermometer befindet sich ein Stift. Wenn es kälter wird, wird dieser Stift durch die Oberflächenspannung mit der Flüssigkeit mitgeschoben. Wenn es wärmer wird, fließt die Flüssigkeit an ihm vorbei. Für eine erneute Messung der Minimaltemperatur wird das Thermometer kurz in die senkrechte Position gebracht, damit der Stift zurückrutschen kann.

Luftfeuchtigkeit und Taupunkt

Luft kann immer nur eine bestimmte Menge an Wasser aufnehmen. Wie viel Wasser die Luft aufnehmen kann, hängt von der Lufttemperatur ab. Je wärmer die Luft ist, umso mehr Wasser kann sie aufnehmen:

Lufttemperatur	maximale Aufnahme von Wasser in g/m³
30 °C	30,39
20 °C	17,29
10 °C	9,41
0 °C	4,85
-10 °C	2,14
-20 °C	0,88

Wenn Luft bei 20 °C nur 8 g/m³ Wasser enthält, dann beträgt die relative Luftfeuchte 46,3 %.

Die Luftfeuchte wird immer in Prozent zur maximal möglichen Wassermenge, die die Luft bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann, angegeben.

Wenn die relative Luftfeuchtigkeit 100 % beträgt, dann ist die Luft gesättigt und kann kein Wasser mehr aufnehmen. Die Temperatur, bei der dies der Fall ist, nennt man auch Taupunkt.

Ziehe das Luftvolumen in ein kälteres Gebiet oder hoch in die Atmosphäre und beobachte, was passiert! Tipp: Du kannst auch die Person aus dem Haus ins Freie und ins Auto ziehen, um zu sehen, was mit der Atemluft in kalter Luft passiert.

Die Taupunktkurve zeigt, bei welcher Temperatur die Luft gesättigt ist.

Die Ausatemluft ist mit Wasser gesättigt. Die relative Luftfeuchte beträgt 100 %. Beim Ausatmen kühlt sich die Ausatemluft von 34 °C ab und es entsteht übersättigte Luft, die an Kondensationskeimen kondensieren kann und dadurch sichtbar wird.

Eine relative Luftfeuchtigkeit von 40 bis 60 % empfinden wir im Allgemeinen als angenehm. Eine relative Luftfeuchtigkeit von mehr als 95 % oder weniger als 23 % wird meistens als unangenehm empfunden.

Raum	Optimale relative Luftfeuchtigkeit	Optimale Temperatur
Wohn- und Arbeitszimmer	40–60 %	20–22 °C
Schlafzimmer	40–60 %	16–18 °C
Kinderzimmer	40–60 %	20–23 °C
Küche	50–60 %	18 °C
Badezimmer	50–70 %	24 °C

Die Luftfeuchtigkeit wird mit einem Hygrometer (z. B. einem Haarhygrometer) gemessen. In einem Haarhygrometer sind meistens menschliche Haare eingebaut, weil sich diese verlängern, wenn es feuchter wird und verkürzen, wenn es trockener wird.

Bedeckung und Niederschlag

Wie entstehen Wolken?

Aufsteigende Luft kühlt ab und kann daher nicht mehr so viel Wasser enthalten. Bei einer Luftfeuchtigkeit von mehr als 100 % kondensiert das überschüssige Wasser und es entstehen kleine Wassertröpfchen. Eine Wolke ist eine Ansammlung von vielen kleinen Wassertröpfchen.

Manchmal beträgt die Luftfeuchtigkeit aber deutlich über 100 % (Luft ist mit Wasserdampf übersättigt). Denn Wolken können sich nur bilden, wenn Wasserdampf kondensieren kann. Und Wasserdampf kann nur dann (schnell) kondensieren, wenn genügend Kondensationskeime (z. B. Brillenoberfläche, Autoscheibe, Staubpartikel) vorhanden sind. Wenn ein Flugzeug durch übersättigte Luft fliegt, kondensiert der Wasserdampf an den Abgasepartikeln. Diese Kondensation wird als weißer Kondensstreifen sichtbar.

Bedeckungsgrad

Der Bedeckungsgrad gibt an, in welchem Ausmaß der Himmel mit Wolken bedeckt ist. In der Meteorologie werden die folgenden Begriffe verwendet.

Meteorologische Bezeichnung	Bedeckungsgrad	Beobachtung
wolkenlos	0/8	Man sieht gar keine Wolken.
heiter	1/8 bis 2/8	Man sieht viel mehr Himmel als Wolken.
leicht bewölkt	3/8	Man sieht fast so viele Wolken wie Himmel.
wolkig / bewölkt	4/8 bis 6/8	Man sieht mehr Wolken als Himmel.
stark bewölkt	7/8	Man sieht viel mehr Wolken als Himmel.
bedeckt	8/8	Man sieht nichts „Blaues“.

Wolkenbericht: Bestimme den Bedeckungsgrad!

Niederschlag

Unter Niederschlag versteht man in der Meteorologie flüssiges oder festes Wasser, das aus Wolken, Nebel oder Dunst und feuchter Luft stammt.

Im Niederschlagsmesser wird mit einer elektronischen Waage die aufgefangene Wassermenge bestimmt. Über die dauernd gemessenen Gewichtsunterschiede kann die Menge und Intensität des Niederschlags ermittelt werden.

Niederschlagsmesser von innen — Niederschlagsmesser offen

Der Niederschlagsmesser funktioniert über das Wippenprinzip. In diesem Gerät tropft das gesammelte Wasser auf eine Wippe, die nach genau 0,1 mm Niederschlag kippt. Über die Zahl der Wippenschläge lässt sich die Niederschlagsmenge messen.

Um auch bei Minusgraden messen zu können, sind die Messgeräte beheizt: so eist Regen nicht an, und kann Schnee oder Hagel geschmolzen und anschließend gemessen werden. Auch wird bei der Waage ein Frostschutzmittel eingesetzt. Dieses sorgt dafür, dass das aufgefangene Wasser bei Kälte flüssig bleibt.

Luftdruck und Wind

Luftdruck

Luft ist ein gasförmiger Körper mit einer gewissen Masse. 1 m³ Luft wiegt immerhin 1,3 kg. Diese Luftmasse drückt aufgrund der Gravitationskraft nach unten. Dieser Druck ist der Luftdruck.

Probier’s mal

So kannst du das Gewicht der Luft spüren:

ein Lineal so auf den Tisch legen, dass fast die Hälfte über die Tischkante ragt
mit einem Finger auf das überstehende Ende des Lineals drücken, sodass das Lineal zu Boden fällt
auf das andere Ende des Lineals ein Zeitungsblatt legen
wieder auf das überstehende Ende des Lineals drücken

Du spürst einen Widerstand. Warum? Durch das Drücken auf das überstehende Ende des Lineals wird die Zeitung angehoben. Dadurch bildet sich ein Unterdruck und es entsteht der Widerstand, weil der äußere Luftdruck größer ist.

Info für Lehrer*innen

Wie groß ist der Luftdruck an einem bestimmten Ort?

Um diese Frage zu beantworten, muss man die Masse der gesamten Luft über diesem Ort (d. h. die gesamte Luftmasse zwischen dem Ort und der Obergrenze der Atmosphäre) zusammenrechnen. Die Obergrenze der Atmosphäre liegt in ungefähr 100 000 m Höhe, obwohl es genau genommen auch in 400 000 m noch Luftteilchen gibt. Wenn wir nur die Luftmasse bis zu einer Höhe von 10 000 m zusammenrechnen, dann lastet auf 1 m³ der Erdoberfläche immer noch eine Luftmasse von mehr als 10 000 kg – das ist ungefähr das Gewicht von 7 Autos.

Wir Menschen und andere Lebewesen können diesen großen Druck aushalten, weil wir uns im Laufe der Evolution daran gewöhnt haben. Außerdem gibt es auch in unserem Körper viel Luft (z. B. in den Lungen, im Nasenraum). Der Luftdruck im Körper ist daher gleich groß wie der Luftdruck außerhalb des Körpers.

Die Einheit des Drucks ist das Pascal (Pa). In der Meteorologie wird meistens die größere Einheit Hektopascal (hPa) verwendet (1 hPa = 100 Pa). Der normale Luftdruck auf Meeresniveau beträgt ungefähr 1013 hPa.

Warum der Druck mit der Höhe abnimmt, ist einfach erklärt. Je weiter oben man auf einem Berg ist, desto weniger Luftmasse liegt über einem. Die folgende Zeichnung zeigt den Zusammenhang von Luftdichte und Luftdruck.

Während der Fahrt mit der Seilbahn vom Berggipfel ins Tal (oder in einem Flugzeug bei der Landung) spürt man manchmal den Druckunterschied in den Ohren. Schlucken oder Gähnen kann hier helfen, damit sich der Druck wieder ausgleicht.

Tiefdruckgebiete und Hochdruckgebiete

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Kalte Luft ist schwer und sinkt daher ab. Dadurch erhöht sich der Druck in Bodennähe (Hochdruckgebiet).

Warme Luft steigt nach oben, weil sich die Luftteilchen schneller bewegen und deshalb mehr Platz brauchen. So dehnt sich die Luft aus, wird spezifisch leichter und steigt nach oben. Tiefdruckgebiete und Hochdruckgebiete spielen für das Wetter eine große Rolle.

Ein Tiefdruckgebiet entsteht, wenn warme Luft nach oben steigt und sich in der Atmosphäre verteilt. Dadurch verringert sich der Luftdruck in Bodennähe. Die aufsteigende warme Luft kühlt ab, weil sie Energie benötigt, um die darüber liegende Luft zu verdrängen. Durch die Abkühlung wird oft der Taupunkt erreicht – es bilden sich Wolken und es beginnt zu regnen.

Wenn sich kältere Luft über wärmere Luft schiebt, nimmt der Luftdruck in Bodennähe zu – ein Hochdruckgebiet entsteht. Durch den höheren Luftdruck erwärmt sich die Luft, dehnt sich aus und strömt nach außen. Und um diese abströmende Luft zu ersetzen, strömt Luft von oben in das Hochdruckgebiet hinein und erwärmt sich (Luftmassenkonvergenz). Dabei verringert sich die Luftfeuchtigkeit in der darüber liegenden Luft und Wolken lösen sich auf. Ein typisches Hochdruckwetter entsteht – die Sonne scheint und der Himmel ist blau. Bei starker Sonneneinstrahlung bildet sich oft ein großes, stabiles Hochdruckgebiet.

Wind

Druckgebiete liefern aber auch den Grund für Winde, wie man am Beispiel See- und Landwind bei jedem Meeraufenthalt feststellen kann.

Bei Sonnenschein erwärmt sich der Sand schneller als das Wasser. Die warme Luft über dem Sand steigt auf (es entsteht ein lokales Tiefdruckgebiet) – die Luft über dem Meerwasser ist kalt, es entsteht dort ein lokales Hochdruckgebiet. Deshalb kommt es bei Tag an Seen und Meeren zu einem Wind, der von der Wasserfläche zum Land gerichtet ist. Dass es bei Nacht zu einem landabwärts gerichteten Wind kommt, liegt daran, dass Landflächen sich schneller abkühlen, als es die Luft über dem Wasser tut.

Windmessung

Beim Wind misst man die Geschwindigkeit und die Windrichtung. Windrichtung und Windstärke abzuschätzen kann man mit einer Windfahne oder einem Windsack.

Der Windsack warnt im Straßenverkehr vor gefährlichen Seitenwinden.

Ein Windmessgerät nennt man Anemometer.

Mit einem Schalenkreuzanemometer kann die Windgeschwindigkeit gemessen werden. Je schneller die Halbkugeln rotieren, umso stärker ist der Wind. Ein Schalenkreuzanemometer funktioniert recht gut, aber nicht perfekt. Wegen der Reibung kann ein sehr leichter Wind nicht gut gemessen werden. Auch bei Windböen stimmt die Messung oft nicht ganz. Daher werden heute meistens neuere Messgeräte verwendet, wie zum Beispiel ein Ultraschallanemometer.

So funktioniert ein Ultraschallanemometer: Am oberen Ende befinden sich drei Ultraschallsender und darunter jeweils gegenüber entsprechende Schallempfänger. Die Ultraschallsignale bewegen sich bei Windstille mit 344 m/s. Da sich die jeweilige Windgeschwindigkeit entsprechend addiert oder subtrahiert, kann man über die Zeitunterschiede zwischen Senden und Empfangen Windgeschwindigkeit und Windrichtung bestimmen.

Windstärke

Je schneller die Windgeschwindigkeit, umso größer ist die Windstärke. Die Windstärke wird in der Meteorologie in Beaufort (Bft) angegeben. Die Beaufort-Skala ist eine Skala von 0 bis 12 (0 Bft = Windstille; 12 Bft = Orkan mit mehr als 117 km/h).

Auch ohne Messgerät kann man die Windstärke grob abschätzen, indem man zum Beispiel beobachtet, wie stark sich ein Baum bewegt.

Wind hat auch einen Einfluss darauf, wie warm oder wie kalt wir eine bestimmte Temperatur empfinden. Meistens gilt der Grundsatz: Je stärker der Wind ist, umso kühler fühlt sich die Luft an. Das hängt mit der Verdunstung des Schweißes zusammen. Bei Windstille bildet sich nahe der Haut eine fast wasserdampfgesättigte Luftschicht. Durch diese Luftschicht verdunstet der Schweiß nur sehr langsam. Wenn der Wind diese Luftschicht wegbläst, verdunstet der Schweiß schneller und dies empfinden wir als Abkühlung. In einer Windchill-Tabelle ist die gefühlte Temperatur je nach Windgeschwindigkeit angegeben.