Die Geschichte der Meteorologie
Das Wort „die Meteorologie“ ist laut Aristoteles mit dem Begriff „Meteorologika“ verbunden. Die Meteorologie als Wissenschaft ist im 17 Jahrhundert entstanden. 1723 ist das erste Netz der meteorologischen Stationen in Europa erschienen. Das zweite Netz der Wetterwarten in Europa existierte ab 1735. In Russland bildete sich das Netz der meteorologischen Beobachtungsstationen während der Großen Nordexpedition heraus. Pjotr 1 markiert den Beginn ständiger Wetterbeobachtungen.
Die Charakteristik von Wind, Temperatur und Luftfeuchte.
Der Wind.
Der Wind ist ein Luftstrom, welcher sich in unterschiedlichen Geschwindigkeiten parallel zur Erdoberfläche bewegt. Hauptursache für Wind sind räumliche Unterschiede der Luftdruckverteilung. Dabei bewegen sich Luftteilchen aus dem Gebiet mit einem höheren Luftdruck – dem Hochdruckgebiet – solange in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck – dem Tiefdruckgebiet –, bis der Luftdruck ausgeglichen ist.
Die Typen des Windes:
Der Monsun ist ein periodischer Wind, der große Mengen an Feuchtigkeit transportiert. Im Winter bläst der Wind vom Festland auf den Ozean. Im Sommer weht er vom Ozean in Richtung Festland. Monsune sind ein Phänomen der tropischen Klimazone.
D er Passat umfasst ein Band ständiger Winde, die mit näherungsweise konstanter Geschwindigkeit blasen. Die Richtung des Windes ändert sich dabei nicht.
Der lokale Wind- ist jene Komponente, die sich vom Atmosphärenkreislauf unterscheidet. Sie hat einen ständigen Charakter und beeinflusst das lokale Wetter direkt.
Die Brise- ist ein Wind im mikroklimatischen und klein- bis kleinstskaligen Bereich. An den Küsten stellt sich infolge der Temperatur- und damit Druckverteilung nachts gemeinhin eine Ausgleichsströmung (als ablandiger Wind oder Uferbrise) vom Land zum Meer hin, am Tag analog vom Meer zum Land ein auflandiger Wind (oder Meerbrise) ein.
Berg-Tal-Winde bezeichnen schnelle Luftströmungen, welche in Zonen großer Höhenunterschiede auftreten, zum Beispiel in Küstenbergländern.
Der Föhn ist ein nicht selten starker, warmer und trockener Fallwind, der an der windabgewandten (Lee-)Seite hoch aufragender Gebirgsketten zur Ausprägung kommt.
Die Temperatur
Die Temperatur ist eine physikalische Größe, die vor allem in der Thermodynamik eine wichtige Rolle spielt. Ihre SI-Einheit ist das Kelvin (K) beziehungsweise die Einheit Grad Celsius (°C).
Bei Änderungen des Aggregatszustandes bzw. anderer Phasenübergänge kommt es schon bei kleinen Temperaturunterschieden zu sprunghaften Veränderungen von Stoffeigenschaften.
Die Temperatur beeinflusst Stoffwechselprozesse von Lebewesen maßgeblich.
Die Temperatur ist eine zentrale Kenngröße bei der Beschreibung des Wetters und des Klimas. Gegenwärtig wird ein Anstieg der Jahresdurchschnittstemperatur der Erde beobachtet.
Temperaturempfinden und Wärmeübertragung
Es gibt dabei drei Möglichkeiten der Wärmeübertragung:
1. Wärmeleitung
2. Konvektion
3. Wärmestrahlung
Unter Wärmeleitung – auch Wärmediffusion oder Konduktion genannt – wird in der Physik der Wärmefluss in einem Feststoff oder einem ruhenden Fluid infolge eines Temperaturunterschiedes verstanden.
Konvektion ist jene Art des Wärmeaustausches, bei der die innere Energie in eine Strömungsform übergeht.
Es erfolgt hierbei eine Unterteilung in Erzwungene Konvektion und natürliche Konvektion.
Die Erzwungene Konvektion kann durch äußere mechanische Einwirkung (zum Beispiel Pumpen oder Ventilatoren) erfolgen. Es werden Druckunterschiede erzeugt, welche wiederum ein Fließen des Fluids hervorrufen.
Beispiele für die natürliche Konvektion können die atmosphärischen Erscheinungen, einschließlich der Bildung von Wolken, sein. Dank der selben Erscheinung bewegen sich die tektonischen Platten auf dem Erdmantel.
Unter Wärmestrahlung ist die elektromagnetische Ausstrahlung zu verstehen, die unter Herabsetzung des inneren Energieniveaus eines Körpers entsteht.
Die Advektion ist die horizontale Heranführung von Luftmassen, welche sich in einer lokalen Änderung von Luftdruck, Temperatur und Feuchtigkeit zeigt.
Die Luftfeuchte
Die Luftfeuchte - bezeichnet den Anteil des Wasserdampfs am Gasgemisch der Erdatmosphäre oder in Räumen.
Die Luftfeuchte ist eine wichtige Kenngröße für zahlreiche technische und meteorologische Vorgänge sowie für Gesundheit und Behaglichkeit.
Die absolute Luftfeuchte ist eine physikalische Größe, die die Masse des Wasserdampfes repräsentiert, welche in 1 m ³ Luft enthalten sind. Mit anderen Worten, es ist die Dichte beziehungsweise der Volumenanteil des Wasserdampfes in der Luft.
Die relative Luftfeuchte wiederum zeigt den Anteil aktuell in einem Luftvolumen enthaltenen Wasserdampfes in Relation zum maximal möglichen Gehalt in diesem Volumen bei gegenwärtiger Temperatur und Schichtung an.
Der Taupunkt ist die Temperatur, unter die ein Luftpaket abkühlen muss, damit die in ihm enthaltene Feuchtigkeit sich als Tau, Nebel oder Wolken zeigt.
Mit der Luftfeuchtigkeit sind solche Begriffe wie Verdunstung und Kondensation eng verbunden.
Die Verdunstung bezeichnet dabei den Prozess des Phaseübergangs eines Stoffes aus dem flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand, geschehend auf der Oberfläche des Stoffes.
Die Kondensation ist der Übergang eines Stoffes vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand.
Obwohl der Wasserdampf nur mit relativ geringen Konzentrationen in der Atmosphäre vertreten ist, trägt er bedingt durch seine hohe Mobilität und den damit verbundenen Stoffumsatz einen großen Anteil am globalen Wasserkreislauf und spielt daher in der Wasserbilanz eine wichtige Rolle.
Auch ist die Luftfeuchtigkeit bzw. der Wasserdampf wesentlich am Strahlungshaushalt der Atmosphäre beteiligt – Wasserdampf ist das bedeutendste Treibhausgas.
Methoden und Geräte.
Mechanisches Hand-Anemometer MC-13
Das Mechanische Hand-Anemometer MC-13 hat einen Messbereich von 1 bis 20 m/s. Während der Messung der Windgeschwindigkeit wird das Gerät in der Hand in eine vertikale Position über dem Kopf gehalten. Das Zählwerk wird auf 100 Minuten eingeschlossen. Vor Beginn der Messungen werden die Zeigerpositionen auf den drei Zifferblättern erfasst. Dann setzt man die Anemometer dem Wind aus. In dieser Zeit wird das Zählwerk an eine Stoppuhr angeschlossen. Die Differenz der letzten und der ersten Werte werden gebildet sowie die Anzahl der Umdrehungen während der Messung bestimmt. Die Windgeschwindigkeit bestimmt sich durch die Anzahl der Umdrehungen pro Sekunde.
Schalenkreuzanemometer.
Ein Stern aus mehreren (meist 3) um eine vertikal stehende Achse herum angeordneten halbkugeligen oder konischen Schalen dreht sich um diese Achse. Man misst die Umdrehungsgeschwindigkeit U oder die Winkelgeschwindigkeit dieses Schalensterns. U ist streng proportional zu der die Schalen treffenden horizontalen Windstärke,wodurch sich eine einfache Auswertevorschrift ergibt. Dieses Gerät misst die momentane Windgeschwindigkeit. Das Schalenkreuzanemometer verfügt über einen Messbereich von 2 bis 30 m/s.
Der Windschreiber
Der Windschreiber misst die Durchschnittswindgeschwindigkeit im Zeitfenster von 10 Minuten, die Maximalwindgeschwindigkeit wie auch die gemittelte Richtung des Windes. Der Windschreiber ist das Hauptinstrument für die Erhebung von Winddaten.
Die Temperaturmessung
In der Messung der Temperatur werden verschiedene Thermometer benutzt.
Das Flüssigkeitsthermometer basiert auf dem Prinzip der Änderung der Flüssigkeitsvolumen mit der Änderung der Temperatur. Als Medium werden Spiritus oder Quecksilber benutzt.
Das thermoelektrische Thermometer basiert auf dem Prinzip der Änderung der elektromotorischen Kraft des Thermoelements. Die Thermoelemente werden aus Kupfer und Konstantan hergestellt.
Das Widerstandsthermometer basiert auf dem Prinzip der Änderung des elektronische Widerstandes des Leiters und Halbleiters infolge der Temperaturänderung.
Das Deformierungsthermometer wiederum stützt sich auf das Prinzip der Änderung der Längenabmessungen fester Körper infolge einer Änderung der Temperatur.