Luftfeuchte

 

 

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Luftfeuchte

Luft hat die Fhigkeit, Wasser in gasfrmigem Zustand aufzunehmen. Dieses Wasser ist fr die menschlichen Sinne nicht sichtbar. Die Luftfeuchtigkeit kurz Luftfeuchte bezeichnet somit den Anteil des Wasserdampfs am Gasgemisch der Erdatmosphre oder in Rumen. Die Luftfeuchtigkeit ist eine wichtige Kenngr秤e fr zahlreiche technische und meteorologische Vorgnge sowie fr Gesundheit und Behaglichkeit.

Die atmosphrische trockene Luft besteht zu ca. 78 % aus Stickstoff, zu ca. 21 % aus Sauerstoff und zu 1 % aus CO2 (Kohlendioxid) und weiteren Gasen, wie z.B. Edelgasen. Diese Luftzusammensetzung ist bis zu einer Hhe von etwa 100 km konstant. Eine groe Ausnahme bildet der Wasserdampf in der Troposphre. Er ist zwar immer vorhanden, aber in sehr unterschiedlicher Konzentration. Die Luft kann nmlich in Abhngigkeit von ihrer Temperatur nur eine bestimmte Menge an Wasserdampf aufnehmen und speichern. Mit max. 4 Vol % ist der Anteil des Wasserdampfes an der Atmosphre vergleichsweise gering. Die Feuchte unterliegt temperaturabhngig betrchtlichen Schwankungen. Ein wasserdampffreies Luftgemisch bezeichnet man als trockene Luft.

Feuchte Luft, d.h. Luft, die Wasserdampf enthlt, besitzt brigens nur etwa 62,5% des Gewichts trockener Luft. Ein feuchtes Luftpaket entwickelt daher in trockener Umgebungsluft Auftrieb.

Luftfeuchte wird erst durch Kondensation sichtbar

Das Wasser in der Atmosphre macht weniger als 0,001 % am gesamten Wasser auf der Erde aus. Dennoch hat Wasserdampf in der Luft eine herausragende Bedeutung fr unser Klima. Die Luftfeuchte ist eines der wetterwirksamsten meteorologischen Elemente. Gleichzeitig werden durch den Wasserdampfgehalt der Luft eine ganze Vielzahl von chemischen, physikalischen und biologischen Prozessen hervorgerufen oder beeinflut, so da der Feuchtegehalt der Umgebungsluft in zahlreichen Anwendungsgebieten eine wichtige Prozegr秤e darstellt. ber den Ozeanen und anderen Gewssern, aber auch ber Wldern, sonstigen Vegetations- und Feuchtflchen sowie ber Landflchen verdunsten stndig riesige Mengen von Wasser, welche als Wasserdampf in die Luft bergehen. Dieser gelste Wasserdampf ist geruchlos und genauso wenig sichtbar wie die restlichen Gase der Luft. In der Atmosphre kommt dieses Wasser in allen seinen Aggregatzustnden vor: fest (Eis, Schnee), flssig (Regen) und gasfrmig (Wasserdampf). Flssiges Wasser (z.B. Regentropfen, Nebeltrpfchen) oder Eis (z.B. Schneekristalle) gehorchen aber anderen physikalischen Gesetzen und werden der Luftfeuchte folglich nicht zugerechnet. Die Wasseraufnahme der Luft ist vor allem von der Temperatur abhngig, nicht jedoch vom Druck. Das bedeutet, da Druckluft nicht mehr Wasser pro Volumeneinheit aufnehmen kann als Luft unter Atmosphrendruck.

  • Die Luftfeuchtigkeit bezeichnet somit den Anteil des gasfrmigen Wassers (Wasserdampf) am Gemisch der verschiedener Gase der Erdatmosphre.
  • Die Luftfeuchte ist eine wichtige Prozegr秤e fr viele meteorologische Vorgnge.

     

Wasserdampf

Im Wettergeschehen spielt vor allem Wasserdampf die entscheidende Rolle. Die Menge an Wasserdampf, die in der Luft enthalten sein kann, ist allerdings begrenzt. Diese maximale Menge hngt von der Temperatur der Luft ab (je hher die Temperatur desto mehr Wasserdampf kann aufgenommen werden). Das kennt jeder z.B. vom Haare fhnen. Die Menge des Wasserdampfes in der Luft kann man entweder direkt in Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft (absolute Feuchte) bzw. in Gramm Wasserdampf pro Kilogramm trockener Luft angeben (Mischungsverhltnis) oder als Relation der vorhandenen zur maximal mglichen Feuchte (relative Feuchte). Die Menge an Wasser, die Luft aufnehmen kann, hngt von der Lufttemperatur ab. Warme Luft kann viel Wasserdampf lsen, kalte Luft nur wenig.

Ein Kilogramm Luft kann bei 30 C und 1 bar Druck etwa 26 Gramm Wasserdampf als Luftfeuchtigkeit aufnehmen. Bei nur 10 C fllt diese Menge auf ca. 7,5 g/kg ab. Wenn die maximale Menge an Wasserdampf erreicht ist, welche die Atmosphre aufnehmen kann, dann ist sie mit Wasserdampf gesttigt.

Das nebenstehende Diagramm ist die sog. Taupunktkurve oder Sttigungskurve. Der Taupunkt ist die Temperatur, bis zu der sich eine Luftmasse abkhlen muss, damit das in ihr beinhaltete Wasser kondensiert. Die Kurve (rote Linie) des Diagramms stellt die maximale Luftfeuchte bei verschiedenen Temperaturen dar. Die rote Kurve zeigt, da die maximale Luftfeuchte temperaturabhngig ist. Die Wassermenge, welche die Luft tatschlich enthlt, liegt zumeist unter diesem Grenzwert und wird nur in seltenen Fllen erreicht. Die Sttigungskurve zeigt auerdem, da die maximale Luftfeuchte bei niedriger Temperatur gering ist und mit zunehmender Temperatur rasch ansteigt.

Steigt die Lufttemperatur bei gleich bleibendem Wasserdampfgehalt, so bleibt die absolute Feuchtigkeit gleich, whrend die relative Feuchte abnimmt. Ein Abfall der Temperatur oder die weitere Zufuhr von Wasserdampf erhht die relative Feuchte, bei berschreiten des Sttigungspunktes kondensiert der Wasserdampf zu flssigem Wasser, das dann als Wolke oder Nebel sichtbar wird bzw. als Regen oder Tau ausfllt. So ist z.B. ein und dieselbe Luft bei 10 C vllig gesttigt, hat bei 20 C aber eine relative Feuchte von nur noch 52 % und ist dann also "relativ" trocken. Diesen Zusammenhang zeigt die Tabelle rechts zur relativen Luftfeuchte.

Was passiert, wenn die absolute Luftfeuchte gr秤er als die maximale wird, wenn also die relative Luftfeuchte 100% bersteigt?

Betrgt die relative Luftfeuchtigkeit mehr als 100 %, dann ist die Luft bersttigt. Dann wechselt der gasfrmige Wasserdampf in den flssigen Zustand. Wasserdampf kondensiert also zu Wasser. Erst dann knnen sich in der Atmosphre Wolken bilden; Wolken bestehen nmlich nicht aus Wasserdampf, sondern aus flssigem Wasser bzw. aus Eis! Das berschssige Wasser wird somit als Niederschlag in Form von Tau, Reif, Raureif, Nebel, Schnee, Hagel oder Regen aus der Luft ausgeschieden. Durch die Bildung von Wolken aufgrund des kondensierenden Wasserdampfs wird auerdem eine starke Dmpfung der Sonneneinstrahlung auf die Erde hervorgerufen. Das kennt jeder, wie es deutlich khler wird, wenn eine Wolke sich vor die Sonne schiebt.


Luftfeuchte

 

relative Feuchte

Relative Luftfeuchte und absolute Feuchte

Kondensation

Befinden sich feste Krper in der Nhe der Abkhlungsstelle, so bilden sich an seiner Oberflche die ersten Trpfchen, z.B. die Tautropfen an Blttern und Grsern nach einer nchtlichen Abkhlung oder wie die Abildung links zeigt auf einer Wasserflasche.

In Wohnungen knnen deswegen an kalten Tagen die Fenster beschlagen, weil in infolge des starken Wrmeverlustes an den dnnen Glasscheiben die Temperatur stark absinkt. Bei ungengender Wrmeisolierung eines Hauses kann die Innentemperatur der Wnde auch unter den Taupunkt sinken. Dann schlgt sich an ihnen Feuchtigkeit nieder und bildet das sog. Schwitzwasser.  

Wird die Temperatur erhht, nimmt der Anteil an Wassermoleklen zu, welche gengend kinetische Energie besitzen, um die Wasseroberflche zu verlassen (siehe unten Verdunstung). Es stellt sich also eine hhere Verdunstungsrate ein, welche zur Wiederherstellung des Gleichgewichts durch eine hhere Kondensationsrate kompensiert werden muss, was aber eine hhere Konzentration von Wassermoleklen in der Luft voraussetzt.

Die Sttigungskonzentration des Wasserdampfs nimmt daher, wie in der Sttigungskurve (rechts oben) dargestellt, mit steigender Temperatur exponentiell zu. Der Wasserdampf hat fr jede Temperatur (und fast unabhngig vom Umgebungsdruck) eine eindeutig bestimmte Sttigungskonzentration. Bei atmosphrischem Normaldruck von 1013,25 hPa kann ein Kubikmeter Luft bei 10 캜 maximal 9,41 g Wasser aufnehmen. Die gleiche Luftmenge nimmt aber bei 30 캜 schon 30,38 g Wasser auf und bei 60 캜 sind es sogar ber 100 g Wasser. Man bezeichnet diese Sttigungskonzentration als maximale Feuchtigkeit. Diesen Zusammenhang zeigt die Tabelle rechts oben.

Weiteres steht im Kapitel Wasserdampf.

 

Verdunstung und Kondensation

Jeder Brillentrger kennt das Phnomen: Wenn man im Winter nach einem Spaziergang an der frischen, kalten Luft die warme Wohnung betritt, luft die Brille an. Doch schon einige Minuten spter ist die dnne Wasserschicht auf den Glsern wieder verschwunden. Dieses 꼁erschwinden des Wassers bezeichnet man als Verdunstung. Beim Verdunsten geht ein Stoff von der flssigen in die gasfrmige Phase ber ohne zu sieden z.B. beim Trocknen von Wsche bei Raumtemperatur. Beim Verdampfen findet die gleiche Zustandsvernderung statt, jedoch siedet hier das Wasser. Beiden Prozessen ist aber gemeinsam, da dabei aus flssigem Wasser gasfrmiger Wasserdampf wird.

Die Verdunstung luft ungefhr folgendermaen ab: Wasser besteht aus vielen kleinen Teilchen, genauer Moleklen, die sich stetig hin und her bewegen, sozusagen zittern. Dabei stoen die Wasserteilchen aneinander, soda an der Wasseroberflche einige Teilchen so schnell werden, da sie sich von den anderen Wasserteilchen 꼕osreien, d.h. in die Luft bergehen und so gasfrmigen Wasserdampf bilden. Je hher die Temperatur des Wassers oder genauer der Wasseroberflche (die hufig mit der Lufttemperatur bereinstimmt), desto mehr Wasser kann verdunsten und umso gr秤er ist die Verdunstungsrate. Denn bei hheren Temperaturen ist die Zitterbewegung der Wassermolekle schneller, es knnen sich mehr Wasserteilchen von den restlichen lsen.

Parallel zur Verdunstung findet ein gegenteiliger Prozess statt, die Kondensation. Dabei werden die Teilchen des gasfrmigen Wasserdampfs sozusagen von den Teilchen der Wasseroberflche oder anderen geeigneten Oberflchen wieder 꼌ingefangen. Aus gasfrmigem Wasserdampf wird bei der Kondensation durch abkhlen also wieder flssiges Wasser. Die Anzahl der Teilchen, die kondensieren (die Kondensationsrate), ist umso gr秤er, je mehr Wasserdampfteilchen in der Luft vorhanden sind, da dann auch mehr Teilchen von der Wasseroberflche eingefangen werden knnen. Beispielsweise ist das Badezimmer nach einem Bad oder dem Duschen oft voll von Dampf und Luftfeuchte. Die warme, feuchte Luft kondensiert am kalten Badezimmerspiegel und wird dabei wieder flssig. Wir sehen Tropfen auf dem Spiegel.

Verdunstungsrate und Kondensationsrate pendeln sich mit der Zeit ein, bis sich ein Gleichgewicht bildet. Dies l癌t sich an einem Beispiel erklren: Man stelle sich einen Gartenteich vor. In der Luft ber ihm ist sehr wenig Wasserdampf vorhanden, die Kondensationsrate ist gering. Es verdunstet mehr Wasser als kondensiert. Mit der Zeit wird deshalb der Wasserdampf in der Luft immer mehr, gleichzeitig steigt dadurch die Kondensationsrate. Dies geschieht so lange, bis die Kondensationsrate gleich gro ist wie die Verdunstungsrate, sich also ein Gleichgewicht gebildet hat.

Weitere Einzelheiten dieser Vorgnge werden im Kapitel Wasser nher beschrieben.

 

Sttigung

Bei konstanter Temperatur und anfangs trockener Luft, stellt sich bei der Verdunstung eine der Temperatur entsprechende Verdunstungsrate ein, whrend die Kondensationsrate mangels Wassermoleklen in der Luft gleich Null ist. Die Verdunstung ist also zunchst gr秤er als die Kondensation, so da die Anzahl von Wassermoleklen in der Luft ansteigt. Zugleich wchst damit aber wiederum auch die Kondensationsrate und die Nettoverdunstung (Verdunstungsrate minus Kondensationsrate) nimmt ab. Die Menge der Wassermolekle in der Luft durch Verdunstung und damit auf der Gegenseite die Kondensationsrate steigen so lange an, bis Kondensationsrate und Verdunstungsrate gleich sind. Es treten also pro Zeiteinheit ebenso viele Wassermolekle vom Wasser in die Luft ber wie von der Luft ins Wasser. Damit ist dann ein Gleichgewicht erreicht, in dem die Nettoverdunstung null ist, obwohl weiterhin ein stndiger Teilchenaustausch zwischen Luft und Wasser stattfindet. 

Diese im Gleichgewichtszustand vorliegende Konzentration von Wassermoleklen in der Luft ist die Sttigungskonzentration. Steigt die Temperatur, wird sich eine hhere Sttigungskonzentration einstellen, da die nun ebenfalls erhhte Verdunstungsrate zur Erreichung eines neuen Gleichgewichts durch eine hhere Kondensationsrate wieder kompensiert werden mu, was eine hhere Teilchendichte in der Luft voraussetzt. Die Hhe der Sttigungskonzentration hngt also von der Temperatur, d.h. von der kinetischen Energie der Wasserteilchen ab. Die Menge Wasserdampf, die im Gleichgewicht von Verdunstung und Kondensation in der Luft enthalten ist bezeichnet man als Sttigungsmenge oder maximale Luftfeuchtigkeit. Sie ist umso gr秤er, je hher die Temperatur und je tiefer der Luftdruck ist. Denn in beiden Fllen kann viel mehr Wasserdampf in der Luft vorhanden sein, bis sich das Gleichgewicht einstellt. Hufig jedoch ndern sich Luftdruck oder Temperatur, bevor sich ein Gleichgewicht hat einstellen knnen und die Sttigungsmenge erreicht ist. Die Sttigungsmenge bei einer bestimmten Temperatur l癌t sich in Form einer Kurve, der Sttigungskurve (siehe Abbildung oben) darstellen.

Dunstschwaden ber Wasser

Deswegen wird die Sttigungskonzentration auch nicht von der Temperatur der Luft bestimmt, sondern von der Temperatur der verdunstenden Oberflche. Der Bezug auf die Temperatur der Luft ist in der Alltagspraxis trotzdem oft gerechtfertigt, da verdunstende Flchen geringer thermischer Trgheit meist nherungsweise Lufttemperatur annehmen (z.B. an der Luft trocknende Wsche). Ist jedoch die verdunstende Oberflche deutlich wrmer als die Luft, so verdunsten die Wassermolekle mit einer der Oberflchentemperatur entsprechenden hheren Verdunstungsrate in die khlere Luft hinein (warmes Wasser), auch wenn deren Sttigungskonzentration dabei berschritten wird. Ein Teil der Feuchtigkeit kondensiert dann in der Luft an den khleren Aerosolen, welche Lufttemperatur angenommen haben, und wird als Dampf- oder Nebelschwaden sichtbar wie beispielsweise die Dunstschwaden ber einem herbstlichen See. Ist die Oberflche khler als die Luft, kann unter Umstnden auch der Feuchtigkeitsgehalt teilgesttigter Luft zu bersttigung und Kondensation an der Oberflche fhren (zum Beispiel beschlagene Fenster in Kche oder Bad).

Wird mit Wasserdampf gesttigte Luft unter einen bestimmten Temperaturwert, den Taupunkt, abgekhlt, dann scheidet sie flssiges Wasser durch Kondensation aus und bildet feinste Trpfchen. Erst dadurch wird das vorher gelste Wasser als Nebel oder Dunst sichtbar. Dieser Effekt findet z.B. beim Beschlagen von Fensterscheiben, bei der Taubildung und hnlichen Phnomenen statt.

Wie viel Wasserdampf effektiv in der Luft vorhanden ist, gibt man meist als Gramm Wasserdampf pro Kubikmeter Luft (g/m) an. Man nennt dies die absolute Luftfeuchtigkeit. In derselben Einheit wird auch die Sttigungsmenge angegeben. Das zeigt die Tabelle rechts oben. Zudem kann mit der absoluten Luftfeuchtigkeit und der Sttigungsmenge die relative Luftfeuchtigkeit berechnet werden. Sie gibt an, wie viel Prozent die momentane Menge an Wasserdampf in der Luft, also die absolute Luftfeuchtigkeit, von der Sttigungsmenge ist. Sie wird folgendermaen berechnet:

Bei einer Luftfeuchtigkeit von 100% entspricht die absolute Luftfeuchtigkeit also gerade der Sttigungsmenge.

Die Verdunstungsrate des Wassers kann auerdm bestimmte Maximalwerte nicht berschreiten. Es dauert daher lngere Zeit, bis sich das Gleichgewicht nach einer Strung wieder eingestellt hat. Wurde beispielsweise durch nchtliche Abkhlung ein Teil des Feuchtigkeitsgehalts auskondensiert, so ist die Luft nach einer Erwrmung zunchst ungesttigt und kann den Sttigungszustand nur langsam wieder erreichen. Diese Teilsttigung ist fr unsere Atmosphre wegen der hufigen Temperaturschwankungen der Normalfall. Es ist fr zahlreiche Vorgnge von groer Bedeutung, wie weit die Luft vom Sttigungszustand entfernt ist. Die verschiedenen Feuchtigkeitsmae dienen dazu, diesen Zustand quantitativ zu beschreiben.

 

bersttigung

Wird die Sttigungskonzentration einer feuchten Luftmasse durch eine Zufuhr von weiteren Wassermoleklen erhht, steigt wegen der gr秤eren Dichte an Wassermoleklen in der Luft die Kondensationsrate vorbergehend ber die Verdunstungsrate hinaus an und die Konzentration an Wassermoleklen sinkt wieder auf den Gleichgewichtswert. Dabei schlgt sich der Wasserdampf an jeder sich bietenden Kondensationsflche nieder, bis seine Konzentration wieder auf die Sttigungskonzentration abgesunken ist. Fehlen solche Kondensationsflchen oder Kondensationskerne, kann die Luft dauerhaft erhebliche Mengen von Wasserdampf aufnehmen, bis es schlielich zu einer spontanen Entstehung von Wassertrpfchen kommt. Spontane Kondensation von Wasserdampf zu Wassertrpfchen findet ohne Kondensationskeime aber erst bei extremer bersttigung von mehreren hundert Prozent relativer Feuchtigkeit statt. In der Praxis sind jedoch fast immer gengend Aerosole in der Luft vorhanden, so dass es in der Atmosphre kaum zu derartigen bersttigungen kommt.

 

Feuchtemegr秤en

Zur Kennzeichnung der in der Luft enthaltenen Feuchte werden verschiedene Megr秤en herangezogen:

  • absolute Luftfeuchtigkeit
    Menge des in der Luft tatschlich vorhandenen Wasserdampfes [g/m3]
  • maximale Luftfeuchtigkeit oder Sttigungsfeuchte
    Menge an Wasserdampf , welche die Luft bei einer bestimmten Temperatur hchstens aufnehmen kann. Sie ist temperaturabhngig, d.h. in klterer Luft ist sie kleiner als in wrmerer Luft (gr秤tmglicher Wert der absoluten Luftfeuchtigkeit) [g/m]
  • relative Luftfeuchtigkeit
    Die Luftfeuchtigkeit an sich gibt den Wasserdampfgehalt der Luft an. Wieviel Wasserdampf die Luft aufnehmen kann, hngt stark von deren Temperatur und dem Luftdruck ab. Man spricht deshalb von relativer Luftfeuchtigkeit. Sie beschreibt den momentanen Wasserdampfgehalt der Luft als Prozentwert zur maximal mglichen Aufnahmemenge bei gegebenen Verhltnissen. Die relative Luftfeuchtigkeit stellt also keinen absoluten Wert der Feuchtigkeit dar. 100% relativer Luftfeuchte bedeutet daher nicht, dass man sich unter Wasser befindet. Es heit lediglich, dass die Luft momentan nicht mehr Wasserdampf aufnehmen kann und eine Sttigung vorhanden ist. Quotient aus absoluter und maximaler Luftfeuchtigkeit, multipliziert mit Hundert [% relative Feuchte]
     
  • spezifische Feuchte
    Gewicht des Wasserdampfs in Gramm je Kilogramm feuchter Luft [g/kg] (Verhltnis der Massen von Wasserdampf und feuchter Luft)
  • Mischungsverhltnis (Wassergehalt)
    Gewicht des Wasserdampfs in Gramm je Kilogramm trockener Luft [g/kg] (Verhltnis der Massen von Wasserdampf und trockener Luft)
  • Dampfdruck
    Druck, den der in der Luft enthaltene Wasserdampf ausbt (Partialdruck als Anteil am Gesamtluftdruck) [hPa]
  • Sttigungsdampfdruck
    Druck, den der Wasserdampf bei einer bestimmten Temperatur ausben kann (gr秤tmglicher Wert des Dampfdruckes) [hPa]. Da die Luft mit steigender Temperatur mehr Wasserdampf aufnehmen kann, erhht sich mit zunehmender Temperatur auch der Sttigungsdampfdruck.
  • Sttigungsdefizit
    Differenz zwischen Sttigungsdampfdruck und Dampfdruck [hPa] bzw. zwischen maximaler und absoluter Luftfeuchtigkeit [g/m]
  • Taupunkttemperatur
    Temperatur der Luft, bei der die Luft mit Wasserdampf gesttigt ist [캜]. Die relative Luftfeuchtigkeit betrgt dann 100%. Bei weiterer Zufuhr von Wasserdampf oder Abkhlung der Luft tritt Kondensation ein.
  • Taupunktdifferenz
    Differenz zwischen Lufttemperatur und Taupunkt in Kelvin

     

Mehr dazu steht im Kapitel Feuchtemegr秤en.

 

Luftfeuchte und Wetter

Khlt mit Wasserdampf gesttigte Luft unter den Taupunkt ab, scheidet sich flssiges Wasser durch Kondensation aus der Luft ab. Die Kondensation und ab Temperaturen unter 0 캜 auch Resublimation des Wasserdampfs fhren unter anderem zur Wolken-, Schnee-, Nebel-, Tau- und Reifbildung. Wasserdampf ist daher kein permanentes Gas der Atmosphre, sondern weist mit einer statistischen Verweildauer von nur etwa zehn Tagen sogar eine ausgesprochen hohe Mobilitt auf. Obwohl Wasserdampf nur mit relativ geringen Konzentrationen in der Atmosphre vertreten ist, trgt er durch seine hohe Mobilitt und den damit verbundenen Stoffumsatz wesentlich zum globalen Wasserkreislauf bei und spielt daher in der Wasserbilanz eine wichtige Rolle. Die Luftfeuchtigkeit ist auch eine wichtige Eingangsgr秤e zur Niederschlagsbildung bzw. bei deren Berechnung und auch bei der Bestimmung der Verdunstung bzw. der Evaporation, Transpiration und Interzeptionsverdunstung. Dies ist im Rahmen der klimatischen Wasserbilanz wesentlich fr die verschiedenen Klimaklassifikationen.

Aus der Luftfeuchtigkeit lassen sich auerdem wichtige meteorologische Gr秤en ableiten, wie zum Beispiel das Kondensationsniveau und die virtuelle Temperatur. Auch ist die Luftfeuchtigkeit bzw. der Wasserdampf wesentlich am Strahlungshaushalt der Atmosphre beteiligt Wasserdampf ist das bedeutendste Treibhausgas. Wasserdampf, insbesondere jedoch Wolken verhindern die nchtliche Abkhlung der Erdoberflche, da sie durch Absorption und Re-Emission einen Ausgleich der Strahlungsbilanz der Wrmeabstrahlung der Erdoberflche herstellen.

Die im flssigen Aggregatzustand des Wassers gespeicherte latente Wrme bedingt den Unterschied zwischen feucht- und trockenadiabatischem Temperaturgradienten eine der Voraussetzungen fr die Entstehung von Fhn.

 

Luftdruck und -dichte

Luftfeuchte und Hhe

Der Wasserdampfdruck nimmt wie z.B. der Luftdruck mit zunehmender Hhe und damit abnehmender Lufttemperatur zunchst sehr rasch und dann ab 3 km Hhe nur noch langsam ab. In 10 km Hhe betrgt er nur noch etwa 1 % des Bodenwertes. Die relative Luftfeuchtigkeit zeigt jedoch keinen derart eindeutigen Trend. Sie ist in Hhe der Tropopause, die in Mitteleuropa bei etwa 11 km Hhe liegt, sehr gering. Sie betrgt hier im Normalfall etwa 20 % und sinkt mit zunehmender Hhe weiter ab, was auch der Grund dafr ist, da die Wolkenbildung fast ausschlielich auf die Troposphre begrenzt ist.

 

 

 

 

Luftfeuchte und Luftfahrt

Das Fliegen wre um einiges einfacher, gbe es nicht die Luftfeuchte mit ihrem enormen Einflu auf die atmosphrischen Bedingungen. Die Luftfeuchte ist fr mehr gefhrliche Situationen whrend des Flugs urschlich als jedes andere Wetterphnomen. In der Luftfahrt besteht vor allem die Gefahr des Vereisens von Tragflchen und Leitwerk durch die Resublimation des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes. Dieser Effekt kann die Flugfhigkeit binnen krzester Zeit sehr stark einschrnken und ist fr zahlreiche Unflle verantwortlich.

Randwirbel

Die Unterschreitung des Taupunktes kann man bei Flugzeugen oft im Bereich der Randwirbel beobachten. Die Randwirbel an den Enden der Tragflchen fhren zu einem lokalen Absinken des Luftdruckes und nach dem 2. Gesetz von Gay-Lussac zu lokaler Abkhlung der Luft. Der Taupunkt wird lokal unterschritten und es entsteht Nebel. Ist die Luftfeuchtigkeit bei Temperaturen unter Null besonders hoch, kommt es bei Flugzeugen zur gefrchteten Tragflchenvereisung dann reicht bereits der Unterdruck oberhalb und hinter den Tragflchen und Leitwerken, um eine Bereifung auszulsen.

Eisschichten knnen sich am Flugzeug, besonders an den Tragflchen, whrend des Durchfliegens von Wolken unter 0 캜 bilden. Fr Passagierflugzeuge und moderne, gr秤ere Sportflugzeuge hat die Vereisung heute ihre Schrecken weitgehend verloren. Hier sorgen Enteisungsanlagen fr eisfreie Tragflchen. Dabei werden die kritischen Bereiche, insbesondere die Tragflchenvorderkanten, beheizt um Eisansatz zu verhindern. Eine preisgnstigere Methode besteht darin, die Tragflchenvorderkante mit einer Haut aus Gummi zu berziehen und stoweise Druckluft zwischen die Gummihaut und die Tragflche zu pressen. Die Haut wlbt sich und durch die Verformung wird das starre Eis abgesprengt. Auch die damit geflogenen hohen Geschwindigkeiten fhren zur aerodynamischen Erwrmung und lassen keinen Eisansatz zu. Fr Flugzeuge ohne Enteisungsanlage besteht jedoch gr秤te Gefahr, wenn sich Eis an Tragflchen, Leitwerk oder Propeller bildet. Ein Flugzeug vereist, wenn die Temperatur seiner Auenhaut unter 0 캜 betrgt und es eine Wolke durchfliegt, in der unterkhlte Wassertrpfchen vorhanden sind. Auch wenn das Flugzeug durch ein Gebiet mit unterkhlten Regentropfen fliegt, kann es unmittelbar zur Vereisung kommen. In der Luft und am Boden kann es zur Vereisung kommen, wenn die Temperatur der Flugzeugauenhaut gleich ist oder tiefer als der Reifpunkt (Taupunkt bei negativen Temperaturen), so da der Wasserdampf der Luft auf dem Flugzeug sublimiert und sich eine Reifschicht bildet.

Wegen der besonderen Gefhrdung durch Vereisung werden umfangreiche Vorsichtsmanahmen getroffen: Die Flugwetterberatung gibt deswegen entsprechende Flugwetterwarnungen (SIGMETs) fr Flugzeuge im Flug heraus und weist auch bei der Flugplanung bezglich der Flughhe darauf hin.

Eine interessante Verffentlichung der AOPA zu diesem Thema gibt es hier.

Ein weiteres Problem ist die Vereisung der Vergaser von Ottomotoren in den kleineren Flugzeugen, wie sie in der allgemeinen Luftfahrt gebruchlich sind. Vergaservereisung kann zum Motorausfall fhren. Sie beruht im Wesentlichen auf der Abkhlung der Luft aufgrund der Verdunstungsklte des Benzins, teilweise auch aufgrund des Unterdruckes, der die Luft zustzlich abkhlt.

 

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