Meteorologie Grundlagen fr Drohnenpiloten Inhalt Atmosphre ISA Luftdruck

Meteorologie (Grundlagen für Drohnenpiloten) Inhalt: • • • Atmosphäre ISA Luftdruck Luftdichte Luftfeuchtigkeit Wolken Wind Hoch- und Tiefdruck Gefahren durch Gewitter 1

Atmosphäre Gasförmige Hülle um die Erde Gewicht: ca. 5000 Billionen Tonnen Luftdruck NN: 1 kg/cm² (ISA 1013, 2 h. PA auf Meereshöhe) Chemische Zusammensetzung der Luft: 21% Sauerstoff O 2 78% Stickstoff N 2 0. 03% Kohlendioxid CO 2 Rest: Edelgase u. a. Im Durchschnitt sind ca. 1. 3% Wasserdampf (max. 3%) in der Luft enthalten. 2

ISA Internationale Standard Atmosphäre Luftdruck in NN (MSL): Lufttemperatur in NN: Relative Luftfeuchte: Dichte auf Meereshöhe: Temperaturabnahme: Tropopausenhöhe: Tropopausentemperatur: Zusammensetzung der Luft: 1013, 25 h. PA 15°C 0% 1, 255 kg/m³ 0, 65°C/100 m - 2°C/1000 ft 36000 ft (11 Km) -56, 5°C 78% Stickstoff 21% Sauerstoff 1% Edelgase 3

Temperaturverlauf und Schichtung der Atmosphäre UV- Licht (Tag) O 2 O 3 Nacht O O 2 Ionosphäre Aufbau der Atmosphäre Kosmische Strahlung im UV- und Röntgenbereich Temperaturgradient: Temperaturänderung mit der Höhe (im Normalfall Abnahme), Mittelwert für Troposphäre: 0. 65°C/100 m oder 2°C/1000 ft 4

Die ICAO - Standardatmosphäre Dient zum Vergleich von Leistungsparametern von Flugzeugen und Triebwerken und zur Eichung von Fluginstrumenten. Die wichtigsten Daten der ICAO- Standardatmosphäre: Luftdruck Lufttemperatur (MSL) Luftdichte rel. Feuchte Temperaturabnahme bis 11 km Höhe der Tropopause Temperatur an der Tropopause 1013. 2 h. Pa 15°C 1. 225 kg/m³ 0% 0. 65°C/100 m bzw. 2°C/1000 ft 11 km -56. 5°C Zur Anwendung bei Eichungen gibt es ausführliche Tabellen für die Höhenabhängigkeit von Lufttemperatur, Luftddruck, Luftdichte und Schallgeschwindigkeit. 5

Troposphäre / Tropopause Wetterschicht der Atmosphäre Die Tropopause verhält sich elyptisch. Über den Polen am niedrigsten. Über Äequator am höchsten 6 -8 Km 11 Km 16 -18 Km 6

Bestimmungsgrößen für den Zustand der Atmosphäre Luftdruck Luftfeuchtigkeit Temperatur 7

Luftdruck Druck, der durch die Gewichtskraft der Luftsäule entsteht Höhenmesser zeigt 4000 m 400 m 3800 m Prinzip: Warme Luft „dehnt“ sich mehr aus als kalte Luft, da sie mehr Feuchte enthält bzw. aufnehmen kann -3°C Kalt 4000 m 12°C Mild 4200 m 27°C Warm 8

Luftdruck Regel: Bei einer Höhendifferenz von 5500 m halbiert sich der Druck Folge davon: Der Schub reduziert sich mit zunehmender Höhe Abhilfe: Propeller mit grösserer Steigung 9

Luftdichte Wie viel Gewicht an Luft in einem Kubikmeter enthalten ist kg/m³ • Sie hat am Boden immer höchste Dichte • In größeren Höhen wird die Luft immer dünner Maßeinheit: 1 Pa = 1 N/m² Alte Maßeinheiten: 760 mm Hg = 760 Torr = 29. 25 ins merc = 1013. 25 mbar = 1013. 25 h. Pa Meßgeräte für den Luftdruck: Quecksilberbarometer Aneroidbarometer/ Höhenmesser/ Barograf Elektronische Drucksensoren Barometrische Höhenstufe: Höhenunterschied, der 1 h. Pa Druckunterschied verursacht. Meereshöhe (MSL): 8 m/h. Pa = 30 ft/h. Pa (2000 m: 10 m/h. Pa) 5500 m: 16 m/h. Pa 11000 m: 32 m/h. Pa 10

Luftdruck (Isobare) ISOBAREN = Linien gleichen Druckes 11

Luftdruck - Luftdichte Druck(blau) und Dichte(rot) steigen fast gleichmäßig (linear=proportional) Druck te h ic td uf L k c ru ftd u L 5500 m Luft 12

Luftfeuchtigkeit Anteil des Wasserdampfs am Gasgemisch in der Atmosphäre gr/m 3 Übersättigung 17, 2 9, 4 Untersättigung 4, 9 1, 07 -20° SPREAD: Wolkenuntergrenze: 2, 4 -10° 0° 10° 20° 30° Temperatur - Taupunkt SPREAD x 400 = ft/GND oder SPREAD x 123 = m/GND 13

Luftfeuchtigkeit Sättigungsdampfdruck und maximale Feuchte: Absolute Feuchte: Der tatsächlich in der Luft enthaltene Wasserdampf in g/m³ 14

Luftfeuchtigkeit Die relative Feuchte: Frel = Fabs Fmax x 100% Taupunkt : Temperatur bei der die Sättigung (max. Feuchte =100% rel Feuchte) erreicht ist und Kondensation einsetzt. Taupunktsdifferenz (Spread): Differenz zwischen tatsächlicher Temperatur und Taupunkt. z. B. = 10°C => Die Luft muß sich um 10° abkühlen um den Taupunkt zu erreichen. Aus kann mögliche Nebelbildung vorhergesagt werden, oder die zu erwartende Cu- Wolkenbasis (KKN/m = Spread x 123) ermittelt werden. SPREAD: Temperatur - Taupunkt Wolkenuntergrenze: SPREAD x 400 = ft/GND; SPREAD x 123 = m/GND 15

Luftfeuchtigkeit Wird ein abgeschlossenes Luftpaket vertikal bewegt, ändern sich Druck, Volumen und Temperatur Der Wassergehalt des Paketes bleibt jedoch konstant Relative und maximale Feuchte, Dampfdruck und Taupunkt ändern sich daher mit der Höhe. Zur Betrachtung der Dynamik der Atmosphäre (z. B. großräumige Turbulenz) werden höhenunabhängige Feuchtebegriffe benötigt: Spezifische Feuchte q: q= W Masse Wasserdampf = ______ W + L Gesamtmasse feuchte Luft Mischungsverhältnis m: Einheit: g/kg W m = Masse Wasserdampf = ___ L Masse trockene Luft 16

Luftfeuchtigkeit Aufgabe: Ermittle mit den Informationen dieser “Wetterstation” die Höhe der zu erwartenen Cu- Wolkenbasis. Frel = Fabs Fmax Fabs = Frel x Fmax = 0. 64 x 20 g/m³ = 12. 8 g/m³ nach Faustregel = 12. 8°C (nach Faustregel) = 20°C - 12. 8°C = 7. 2°C rel. F = 64% Cu- Basis = x 123 m = 886 m über Grund T = 20°C 17

Wolken Ansammlung von Wassertröpfchen, die in der Atmosphäre schweben … nur möglich mit Kondensationskernen(Staub, Luftpartikel etc. ) Wolkenbildung: Allgemein: Abkühlung durch: feuchte Luft Abkühlung Kondensation • Thermische Konvektion • Hindernisse • Kaltfront Bewölkungsbenennung in der Fliegerei: • 1/8 few FEW • 2 -3/8 scattered SCT • 4 -7/8 broken BKN • 8/8 overcast OVC 18

Wolken Warmfront: Tritt auf wenn warme Luftmasse auf kalte Luftmasse treffen 19

Wolken Warmfront: Tritt auf wenn kalte Luftmasse warme Luftmasse ersetzen 20

Wolkengattungen: Wolken tiefe Wolken 0 – 2 Km mittlere Wolken 2 – 6 Km höhe Wolken über 6 Km Wolken mit gr. vertikaler Ausdehnung Stratus Altocumulus Cirrus Cumulus Stratocumulus Altostratus Cirrocumulus Cumulonimbus Cirrostratus Nimbostratus 21

Wolkengattungen (Überblick): 22

Wind Stärkere Luftbewegung in der Atmosphäre Sonneneinstrahlung bewirkt: Temp-Unterschiede Druck-Ausgleich Wind H T H Bodenwind - Höhenwind - Faustformel - Darstellung Umrechnung Knoten: Km/h x 2 -10% oder m/s x 2 23

Wind Seewindsystem am Tag : Landwindsystem nachts : 24

Wind Talwind : Bergwind : 25

Wind Globale Windsysteme : Durch unterschiedliche Erwärmung der Erdoberfläche 26

Wind Coriolis-Effekt : (Vektorielle Kraft die auf Luftteilchen und Massen wirkt) CW CW Ablenkende Kraft durch Endrotation: Auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn(CW) wirkende Kraft Auf der Südhalbkugel im Gegenuhrzeigersinn(CCW) wirkende Kraft Bsp: betrachte in welcher Drehrichtung das Wasser in der Badewanne ausläuft/dreht. (Nordhalbkugel=> Uhrzeigersinn) 27

Hoch- und Tiefdrucksysteme : Kalte Front hinter den warmen Front 28

Gefahren durch Gewitter • Wechselnde Windrichtung • Böenwalze, verursacht durch herausfallende Wassermassen(Virga) • Blitzschlag, Hagel • Starke Aufwinde in der Wolke 29