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atmosphärische Grenzschicht

 
     
  planetare Grenzschicht, der an die Erdoberfläche grenzende, untere Teil der Atmosphäre. Die vertikale Erstreckung beträgt, je nach Wind- und Temperaturverhältnissen, zwischen 500 m und 2000 m. Die atmosphärische Grenzschicht ist gekennzeichnet durch starke räumliche und zeitliche Änderungen der meteorologischen Felder. Der unterste Teil der atmosphärischen Grenzschicht wird auch als Prandtl-Schicht bezeichnet, sie reicht bis ca. 100 m Höhe. Der daran anschliessende Teil wird als Ekman-Schicht bezeichnet. Sie ist der nach dem Ozeanographen Ekman benannte Teil der atmosphärischen Grenzschicht, in der sich die Windrichtung aufgrund von Reibungseinflüssen mit der Höhe ändert (Abb. 1) (Drehungsschicht). In der atmosphärischen Grenzschicht treten starke Vertikalgradienten in Wind-, Temperatur- und Feuchteprofilen auf. Diese Änderungen sind am grössten in der Nähe des Erdbodens und an der Obergrenze der atmosphärischen Grenzschicht. Letztere wird durch einen Temperatursprung (Inversion) und eine darüber liegenden stabilen Temperaturschichtung gekennzeichnet (Abb. 2).


In der atmosphärischen Grenzschicht finden alle Austauschvorgänge zwischen der darüberliegenden freien Atmosphäre und der Erdoberfläche statt. Dies betrifft z.B. den Energieaustausch zwischen solarer Einstrahlung, langwelliger Ausstrahlung, fühlbarer Wärme und latenter Wärme (Verdunstung) und den Impulsaustausch (Bodenreibung). Durch den Tagesgang der solaren Einstrahlung kommt es besonders in Bodennähe zu starken zeitlichen Änderungen der Temperatur und damit zur Verstärkung oder Abschwächung der turbulenten Flüsse von Impuls, Wärme und Feuchte zwischen der Erdoberfläche und der freien Atmosphäre (Abb. 3).

atmosphärische Grenzschichtatmosphärische Grenzschicht 1: Änderung des Windvektors mit der Höhe in der Ekman-Schicht. Hodographendarstellung der Geschwindigkeitskomponenten u und v. Vg = geostrophischer Wind.

atmosphärische Grenzschichtatmosphärische Grenzschicht 2: Typischer Verlauf von Windgeschwindigkeit (U), Windrichtung(φ) und Temperatur (T) mit der Höhe der atmosphärischen Grenzschicht (h). z = Höhe, z0 = Rauhigkeitslänge, zs = Höhe der Prandtl-Schicht.

atmosphärische Grenzschichtatmosphärische Grenzschicht 3: Beispiel für den Tagesgang der Energieflüsse in Bodennähe. Q = Strahlungsbilanz, H = fühlbarer Wärmestrom, L = latenter Wärmestrom, B = Bodenwärmestrom, SA = Sonnenaufgang, SU = Sonnenuntergang.
 
 

 

 

 
 
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