Warum ist die Luft in der Höhe kälter?
..., wenn doch warme Luft nach oben steigt und kalte nach unten sinkt? (Dies ist jedenfalls laut unserem Erdkundebuch so)
3 Antworten
Für unterschiedlich temperierte Luftpakete auf derselben Höhe trifft dies zu, ja.
Dass die Luft in der Höhe grundsätzlich kälter ist in tieferen Luftschichten, ist allerdings der adiabatischen Abkühlung der Luft zuzuschreiben. Da die Teilchendichte mit zunehmender Höhe abnimmt, wobei sich der Luftdruck reduziert, expandiert das Volumen des Luftpakets, weshalb es sich abkühlt.
Dem ist aber nicht immer so. Bei einer Inversion etwa kann die Lufttemperatur in der Höhe tatsächlich höher sein als in Bodennähe.
Weil die LUFT immer dünner wird und die Luftfeuchtigkeit die Wäreme "festhält"!
Weniger Luftfeuchtigkeit=weniger Wärme!
Wenn man Luft komprimiert, steigt ihre Temperatur. Das kennst du vielleicht von der Luftpumpe. Umgekehrt sinkt ihre Temperatur, wenn sie expandiert. Das kennt man aus dem Alltag eher weniger, ist aber so und auch logisch.
Es gibt eine Temperaturverteilung, wo sich das alles ausgleicht, die Luft also - wie soll ich sagen - frei beweglich ist. Das ist bei einer Temperaturabnahme von ca. 1 Grad pro 100 Meter Höhe der Fall. Also angenommen, am Boden ist es 20 °C, in 2000 m Höhe 0°C, die Luft kühlt sich beim Aufsteigen um 20 °C ab und erwärmt sich bei Absteigen um 20 °C, dann kannst du die Luft nach Belieben umrühren.
Wenn jetzt aber die Luft am Boden auf 22 °C erwärmt wird, ist sie leichter. Sie ist auch noch in 2000 m Höhe wärmer und leichter, 2 °C statt 0 °C. Das heißt, diese Luftschichtung ist stets am Rande der Instabilität. Deswegen ist es meist so, dass es mit der Höhe weniger stark kälter wird als oben beschrieben. Eine "warme" Luftschicht in 3000 m Höhe, z.B. -7 °C würde den Aufstieg der Luftmasse begrenzen, denn die hat nach dem Aufstieg 22-30=-8 °C, ist dort also kälter. Damit ist die Schichtung ab einer Höhe von 3000 m stabil. Das kann man sogar häufig beoachten, dass Schönwetterwolken nur bis zu einer relativ geringen Höhe aufsteigen und dann sozusagen gegen eine Wand laufen. Man nennt das, ich habe es schon angedeuet, eine stabile Schichtung.
Die Schichtung kann aber auch instabil werden, z.B. wenn sich kalte Luftmassen unter warme schieben oder wenn die Luft am Boden zu stark erhitzt wird. Oder, dass hatte ich bislang nicht erwähnt, Wasserdampf zu Wolken kondensiert. Denn dabei wird jede Menge Kondensationswärme frei. Sobald das passiert, sinkt die Temperatur beim Aufsteigen nicht mehr um 1 ° pro 100 m sondern nur noch um ca. 0,6 °. Ein feuchtes Luftpaket ist nach 3000 m Auftieg dann 12 ° wärmer als ein trockenes.
In den feuchten Tropen mit starker Einstrahlung oder wenn sich hierzulande Kaltluft unter feuchtwarme Luft schiebt, kennt der Aufstieg nur eine Grenze, die Tropopause, die Obergrenze der untersten Luftschicht, der Troposhäre. Manchmal schießen die Gewitterwolken sogar etwas übers Ziel hinaus.
Dass es über der Tropopause, in der Stratophäre, wärmer ist, hat wenig mit dem Wetter zu tun. Es liegt daran, dass dort der größte Anteil der UV-Strahlung absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Die anderen Anteile des Sonnenlichts, IR-Strahlen und sichtbares Licht durchdringen die Luft ziemlich ungestört. OK, das blaue Licht wird zum Teil gestreut, weswegen der Himmel blau ist, aber das erwärmt die Luft nicht. Die unterste Luftschicht, das wo hauptsächlich das Wetter stattfinden, die Troposhäre, wird hauptsächlich von unten erwärmt und gibt die Wärme über Wärmestrahlung ab, auch in der Höhe..