Montag, 16. September 2013

Eine Lanze für den Druck

Hallo und einen schönen Montag morgen,


heute geht es im ersten Teil um die eigentlich alltäglichste Variable, die stets omnipräsent ist, andererseits aber so beständig ist - oder anders gesagt  wir so unempflindlich gegen deren typische Änderung sind - dass wir sie eigentlich nicht  so recht wahrnehmen: der Luftdruck.

Physikalisch gesehen ist der Druck eine Kraft pro Flächeneinheit oder in äquivalenter Betrachtung eine Energie pro Volumen.

Über die Beziehung zur Kraft ( Masse mal Beschleunigung) kommen wir darauf, dass der Druck am Erdboden nichts anderes als der Effekt der Masse an Luft in der Säule über den Köpfen von uns Erdenbürgern  ist, die auf uns hernieder drückt.

Ein typischer Wert des Luftdrucks am Erdboden ist rund so um die 1000 hPa, also rund 100.000 Pa. (Pascal ist die Einheit des Druckes). Der Druck, den 1 Kilo Luft auf den Quadratmeter, auf dem sie lastet, ausübt sind gemäß Definition (1kg*9.81m/s²)/(m²) also  ca. 10Pa.

100.000Pa sind also der Effekt von nicht weniger als ca. 10.000kg Luft in einer Säule von 1x1m Grundriss, satte 10 Tonnen.

Der Grund warum uns das nicht in die Knie zwingt ist übrigens trivial: Die Körper von Mensch&Tier bzw. die äquivalenten Gefäße von Planzen und Pilzen stehen im mindesten unter dem selben Innendruck, sodass sie den äußeren Luftdruck balancieren.

Der Druck nimmt also mit der Masse der über der Bezugsfläche lastenden Luft ab. Auf die Säule bezogen ist es klar, dass ein paar 1000m weiter oben der Druck deutlich geringer sein muss, weil ein erklecklicher Teil der Masse schon unterhalb und nur noch weniger über der Bezugsfläche lastet. Bringt man jetzt noch eine Gleichung, die das Verhalten idealer Gase beschreibt, mit hinein, sieht man dass der Druck in der Säule mit zunehmender Höhe immer langsamer abnimmt-  man landet bei der logarithmischen Barometrischen Höhenformel.

Hat man am Boden (oder in einer beliebigen Schicht) auf selber Höhe einen horizontalen Unterschied im Druck, so ist das aus der Definition des Druckes heraus äquivalent zu einer Beschleunigung, aus der dann auch z.B der Antrieb für unsere Windsysteme erfolgt.

Kommen wir zu einer etwas übertragenen Betrachtung des Druckes und gehen wir dabei mehr auf die Definition via der Masse von Luft in einer Säule über dem Erdboden.

In erster Näherung kann man trotz der überbordenden Emission von Treibhaus- und anderen atropogenen Gasen davon ausgehen, dass die Gesamtmasse der Atmosphäre in etwa gleich bleibt und diese Gesamtmasse führt zu einem Durchschinttsdruck auf Meeresniveau von 1013 hPa. Signifikante Abweichungen davon müssen daher eine übergeordnete Ursache haben.

Wo der Druck am Boden verhältnismäßig tief ist, ist verhältnismäßig wenig Masse in der Säule. Umgekehrt, wo der Druck hoch ist, ist viel Masse enthalten.

Ein Bodentief ist also deswegen ein Tief, weil irgendein Prozess effektiv Luftmasse aus dem Bereich des Tiefs entfernt hat, ein Hoch ist deswegen ein Hoch, weil ein Prozess Luftmasse in das Hoch hinein gepumpt hat.


Und hier wirds nun langsam spannend. Was sind diese Prozesse, die Massen entfernen und Massen aufakkumulieren, was sind diese globalen Spediteure der Atmosphäre ?

Ein Gedankenexperiment. Wir starten an einem klaren Sommermorgen an der Nordseeküste (Typische Lufttemperatur 5°, Wassertemperatur 15° ;). Die Sonne schafft es die Landmasse tasüber mit Müh und Not auf 24° zu erhitzen, das Wasser hält die über ihm lagendernden Luftmassen bei 15°. Das Gasgesetz sagt uns, dass sich über Land durch die Erwärmung die Luftsäulen dort vertikal ausdehnen müssen, über Wasser bleiben sie ungestreckt.

Im Umkehrschluss heisst das nichts anderes, dass z.B auf halbem Wege zwischen Boden und Tropopause über Land der Druck steigen muss (am Boden ändert sich nichts), über dem Wasser ändert sich auch in der Höhe nichts. Man landet also bei einem Druckunterschied in einiger Höhendistanz vom Boden, der via Wind, Strömung und Massentransport vom Hoch weg ausgeglichen wird. Damit wird aber nun effektiv Masse aus den Säulen über Land entfernt, der Druck am Boden über Land fällt, und nun setzt eine Strömung vom kalten Wasser zum  milden Land ein.

Zusammenfassung: Höhe: Wind vom Land zum Wasser. Boden: Wind vom Wasser zum Land. Das ist die relativ vollständige Darstellung der bekannten Land-Seewind Zirkulation.

Die Mutter des Massentransportes sind also horizontale Temperaturunterschiede, im der Fachsprache Baroklinität. Die Direkte Folge dieser Baroklinität sind Vertikalbewegungen, Konvergenz, Divergenz, das sind die Spediteure. Über diesee Feldgrößen wird die Verschiebung von Masse in der Atmosphäre von einem Ort zum anderen Beschrieben und diese Massenverschiebungen können wir Erdwürmer an den Barometern dieser Welt ablesen. Starker Lufdruckfall, auch wenn ihn nur die paar Wetterfühligen spüren, legt Zeugnis von über unseren Köpfen stattfindendem Diebstahl ab.

Auf anderer Skala und unter wechselnder Einbeziehung von feuchter Luft tun aussertropische Tiefs, Gewitter, Zyklone nichts anderes als die Luftpakete an der Nordsee. Baroklinität zwingt sie in Zirkulation, Divergenz stiehlt, Nettokonvergenz akkumuliert Masse.


Nun kann ich mich erinnern, dass ich vor fast 2 Jahren einmal über Rekordverdächtig tiefen Luftdruck in Österreich gesprochen habe (Siehe ). Ein Kollege von der Konkurrenz hat darauf hin in einem anderen Forum dies als unwesentlichen Rekord dargstellt, weil am Ende des Tages ja nur die Differenzen des Druckes im Raum und nicht die Absolutwerte zählen.

Das ist aus den obig gennanten Gründen in erster und zweiter Distanz nicht wirklich so:

Die Bilanz aus dem heutigen Wortschwall: Die Differenzen des Druckes in Zeit und Raum sagen uns etwas über die lokale Dynamik, den Wind, die lokalen Strömungen etc. Der Absolutwert des Druckes sagt uns etwas über die  räumlich übergeordnete Effizienz des Stehlens und Akkumulierens von Masse, etwas über das große Kino im Hintergrund.  Deswegen meint der Blogger, dass alle 3, die zeitliche Tendenz des Druckes, die räumliche Differenz und der Absolutwert in der Betrachtung des Wettergeschehens eine bedeutende Rolle spielen. Deswegen ist auch ab nun der Luftdruckverlauf in den MSWETTER Meteogrammen inkludiert (Beispiel Glasgow)





 Aktuell beginnt in der Alpenrepublik der Druck von Westen her wieder kräftig zu fallen...



 Was kein Wunder ist, da ein ausnehmend dickes Tief von Nordwesten her auf den Kontinent zusteuert...


.. das es dann in der Nachbetrachtung z.B übermorgen vielleicht wert ist, blogtechnisch zerlegt zu werden, da es doch einiges an Regen und vor allem  auch Schneemasse im Gebirge bei uns abladen wird.

Lg

Manfred

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