Feuchtemaße

 

 

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Hier erfahren Sie etwas über

Messung der Luftfeuchte

psychrometrische Feuchtemessung

 

Hygrometer

Zur Messung der Luftfeuchte können unterschiedliche Meßverfahren mit entsprechenden Meßinstrumenten eingesetzt werden. Hierzu zählen unter anderem:

Psychrometrische Feuchtemessung

Psychrometer bestimmen die relative Luftfeuchte und bestehen aus zwei gleichartigen Thermometern, wobei das Quecksilbergefäß bzw. der Temperatursensor des einen mit einem kontinuierlich befeuchteten Mullstrumpf überzogen ist. Der feuchte Thermometer kühlt durch einen vorbeigeführten Luftstrom infolge der eintretenden Verdunstung ab und zeigt deshalb eine niedrigere Temperatur als das trockene Thermometer an. Je niedriger nun die relative Feuchte ist um so mehr Wasser verdunstet, um so mehr Wärme wird entzogen und um so größer ist die Temperaturdifferenz zwischen beiden Thermometern. Die beiden Thermometer müssen dabei kontinuierlich mit mit einem Luftstrom von ca. 3 m/s belüftet werden.
Der Temperaturunterschied (psychrometrische Temperaturdifferenz) zwischen den beiden Themometern oder Temperaturfühlern ist ein Maß für die in der Luft vorhandene relative Feuchte. Gleichzeitig können anhand von Psychrometertafeln auch die absolute Feuchte, die Taupunkttemperatur und der Dampfdruck bestimmt werden.

Hygrometrische Feuchtemessung

Hygrometer dienen der Messung der relativen Luftfeuchte und beruhen auf den hygroskopischen Eigenschaften von Haaren und speziell behandelten synthetischen Fasern, die sich mit zunehmender Luftfeuchte ausdehnen. Die feuchteabhängige Längenänderung wird mit Hilfe einer feinen Mechanik auf einen Zeiger übertragen. Im Bereich von 0 - 100 % relative Feuchte beträgt die Längenänderung 2,5 %, ist aber nicht linear. Die Genauigkeit dieser Geräte ist deshalb nicht sehr gut und liegt zwischen ± 2 und ± 5 % relative Feuchte. Haarhygrometer müssen öfter durch befeuchten regeneriert werden. Die Haare sind ebenso wie die kapazitiven Sensoroberflächen empfindlich gegen Verschmutzung.
Die traditionellen Wetterhäuschen mit sich drehenden Figuren sind vom Prinzip her solche Haarhygrometer.

Kapazitive Feuchtemessung

Kapazitive Feuchtemessfühler (Feuchtesensoren) beruhen auf der feuchteabhängigen Änderung der Kapazität eines Kondensators mit einem dünnen Polymerfilm als Dielektrikum. In Abhängigkeit von der Umgebungsfeuchte werden von dem Polymerfilm Wassermoleküle aufgenommen bzw. abgegeben. Dies verändert die dielektrischen Eigenschaften des Polymerfilmes und somit die Kapazität des Kondensators.Die Kapazitätsänderung ist proportional zur Änderung der relativen Feuchte. Sie wird durch eine nachgeschaltete Elektronik in ein  Ausgangssignal gewandelt und angezeigt. Die kapazitiven Feuchtesensoren reagieren sehr schnell auf Feuchteänderungen. Die Meßgenauigkeit liegt zwischen ± 1 und ± 5 % relative Feuchte.

 

Feuchtemeßgrößen

Die Einzelheiten zum Wasser stehen im Kapitel Wasser, zum Feuchtebegriff im Kapitel Luftfeuchte.

Zur Kennzeichnung der in der Luft enthaltenen Feuchte werden verschiedene Meßgrößen herangezogen:

  • absolute Luftfeuchtigkeit
    Menge des in der Luft tatsächlich vorhandenen Wasserdampfes [g/m3]
  • maximale Luftfeuchtigkeit oder Sättigungsfeuchte
    Menge an Wasserdampf , welche die Luft bei einer bestimmten Temperatur höchstens aufnehmen kann. Sie ist temperaturabhängig, d.h. in kälterer Luft ist sie kleiner als in wärmerer Luft (größtmöglicher Wert der absoluten Luftfeuchtigkeit) [g/m³]
  • relative Luftfeuchtigkeit
    Die Luftfeuchtigkeit an sich gibt den Wasserdampfgehalt der Luft an. Wieviel Wasserdampf die Luft aufnehmen kann, hängt 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 möglichen Aufnahmemenge bei gegebenen Verhältnissen. Die relative Luftfeuchtigkeit stellt also keinen absoluten Wert der Feuchtigkeit dar. 100% relativer Luftfeuchte bedeutet daher nicht, dass man sich unter Wasser befindet. Es heißt lediglich, dass die Luft momentan nicht mehr Wasserdampf aufnehmen kann und eine Sättigung 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] (Verhältnis der Massen von Wasserdampf und feuchter Luft)
  • Mischungsverhältnis (Wassergehalt)
    Gewicht des Wasserdampfs in Gramm je Kilogramm trockener Luft [g/kg] (Verhältnis der Massen von Wasserdampf und trockener Luft)
  • Dampfdruck
    Druck, den der in der Luft enthaltene Wasserdampf ausübt (Partialdruck als Anteil am Gesamtluftdruck) [hPa]
  • Sättigungsdampfdruck
    Druck, den der Wasserdampf bei einer bestimmten Temperatur ausüben kann (größtmöglicher Wert des Dampfdruckes) [hPa]. Da die Luft mit steigender Temperatur mehr Wasserdampf aufnehmen kann, erhöht sich mit zunehmender Temperatur auch der Sättigungsdampfdruck.
  • Sättigungsdefizit
    Differenz zwischen Sättigungsdampfdruck und Dampfdruck [hPa] bzw. zwischen maximaler und absoluter Luftfeuchtigkeit [g/m³]
  • Taupunkttemperatur
    Temperatur der Luft, bei der die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist [°C]. Die relative Luftfeuchtigkeit beträgt dann 100%. Bei weiterer Zufuhr von Wasserdampf oder Abkühlung der Luft tritt Kondensation ein.
  • Taupunktdifferenz
    Differenz zwischen Lufttemperatur und Taupunkt in Kelvin (Spread)

 

Absolute Luftfeuchtigkeit

Die absolute Luftfeuchtigkeit (Luftfeuchte) beschreibt die aktuelle Masse Wasserdampf pro Volumen, d.h. die Wasserdampfmenge in Gramm, welche in 1 m³ Luft enthalten ist (g/m3). Dieser Wert kann zwischen Null und einem Maximalwert variieren, der von der Lufttemperatur abhängt. Dies zeigt die Sättigungskurve. Warme Luft kann nämlich mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft, deshalb ist die absolute Luftfeuchtigkeit im Sommer höher als im Winter. Die maximale absolute Luftfeuchte ist derjenige Gehalt an Wasserdampf pro m3 Luft, der bei Sättigung der Luft mit Wasserdampf aufgenommen werden kann. Wenn die maximale Luftfeuchte erreicht ist und weiterer Wasserdampf zugeführt wird, kondensiert ein Teil des Wassers, was zur Bildung von feinen Nebeltröpfchen oder Regen bzw. einem Wasserfilm an den Raumwänden oder Fenstern führen kann. Solche Kondensation tritt auch auf, wenn die Luft abgekühlt wird und hierdurch die maximale Feuchte unter die tatsächliche Luftfeuchte fällt.

Die absolute Luftfeuchtigkeit ändert sich auch bei einer Volumenänderung des betrachteten Luftpakets, ohne daß der Luft Wasserdampf hinzugefügt oder entzogen wird. Bei einer Kompression des Luftpakets werden die darin enthaltenen Wassermoleküle auf einen geringeren Raum konzentriert, ihre Anzahl pro Kubikmeter nimmt zu, die absolute Feuchtigkeit steigt; das Umgekehrte gilt bei einer Expansion des Luftpakets. Die Volumenänderung des Luftpakets kann durch Änderung seiner Temperatur oder seines Druckes verursacht werden. Beim Vergleich der Feuchtigkeitsgehalte zweier Luftpakete sind daher gegebenenfalls ihre Temperatur- und Druckunterschiede zu berücksichtigen. Ein in der Atmosphäre aufgrund der Thermik aufsteigendes Luftpaket verringert beim Aufsteigen seine absolute Feuchtigkeit, auch wenn es dabei keinerlei Wasserdampf verliert, da es wegen der Abnahme des Luftdrucks mit der Höhe sein Volumen vergrößert. Die absolute Feuchtigkeit des Luftpakets ändert sich daher allein durch Auf- und Abwärtsbewegungen. Da die absolute Luftfeuchtigkeit zudem schwer zu messen ist, wird sie nur selten verwendet.

 

Maximale Luftfeuchte

Die maximale Luftfeuchte (Sättigungsmenge) ist die Wasserdampfmenge, welche die Luft bei einer bestimmten Temperatur maximal aufnehmen kann und ist damit der größtmögliche Wert der absoluten Luftfeuchtigkeit (g/m³). Diese Wassermenge ist abhängig von der Temperatur und wird durch die rote Linie in der Sättigungskurve beschrieben. Wie man darin außerdem gut erkennen kann, ist maximale Luftfeuchte bei niedriger Temperatur gering und nimmt mit steigender Temperatur rasch zu.

 

Relative Luftfeuchtigkeit

Die relative Luftfeuchte beschreibt das Verhältnis zwischen der in der Luft tatsächlich enthaltenen Feuchte und der Menge an Feuchtigkeit, welche die Luft maximal aufnehmen kann. Sie gibt also an, zu welchem Prozentsatz die momentane absolute Luftfeuchtigkeit den maximalen Wert ausschöpft. Die relative Feuchtigkeit ist abhängig von der Temperatur: Bei höheren Temperaturen kann die Luft deutlich mehr aufnehmen als bei niedrigen. Mit steigender Temperatur nimmt daher die Wasserdampfmenge, die zur Sättigung benötigt würde, zu. Das hat zur Folge, dass die relative Luftfeuchtigkeit eines gegebenen Luftpakets bei Erwärmung abnimmt. Da die maximale Luftfeuchte mit steigender Temperatur ansteigt, fällt die relative Luftfeuchtigkeit mit steigender Temperatur, wenn keine weitere Feuchtigkeit zugeführt wird (und umgekehrt). Wenn die relative Luftfeuchte niedrig ist, kann die Luft also noch weitere Feuchtigkeit aufnehmen. In solch trockener Luft können feuchte Gegenstände schnell getrocknet werden. Sobald jedoch 100 % Luftfeuchtigkeit erreicht sind, wird Kondensation eintreten und Gegenstände im Raum können feucht werden.

Wie viel Wasserdampf effektiv in der Luft vorhanden ist, gibt man meist als Gramm Wasserdampf pro Kubikmeter Luft (g/m³) an. Man nennt dies die absolute Luftfeuchtigkeit. In derselben Einheit wird auch die Sättigungsmenge angegeben. Das zeigt die Tabelle rechts oben. Zudem kann mit der absoluten Luftfeuchtigkeit und der Sättigungsmenge 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 Sättigungsmenge ist. Sie wird folgendermaßen berechnet:

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

Die Angabe der Temperatur ist für die Vergleichbarkeit der Werte zwingend notwendig. So sind z.B. in einer als trocken erscheinenden Wüste mit einer Lufttemperatur von 34,4 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 20 % insgesamt 7,6 g Wasserdampf in einem Kubikmeter Luft enthalten, was bei einer Lufttemperatur von 6,8 °C einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % entspräche und somit zur Kondensation führen würde. Daher sind Phänomene wie Dunst oder Nebel Anzeichen für eine hohe relative Luftfeuchtigkeit und gleichzeitig für tiefe Temperaturen. Die Wahrnehmung der Luft als trocken oder feucht liegt also eher an der Temperatur als an der tatsächlich in ihr enthaltenen Wassermenge.

Beispiel:
Bei 30 °C kann die Luft maximal etwa 30 g/m3 (absolute Feuchte) aufnehmen. Wir wissen, daß die Luftfeuchtigkeit je nach herrschender Temperatur zwischen Null und ihrem jeweiligen Sattigungswert liegen kann. Bei 30 °C Lufttemperatur kann die absolute Luftfeuchtigkeit somit einen Wert zwischen 0 und 30 g/m3 haben. Angenommen, wir messen aktuell als absolute Luftfeuchtigkeit einen Wert von 12 g/m3. Bezogen auf den maximalen Sättigungswert läßt sich dieser gemessene Wert relativ als prozentualer Sättigungsgrad definieren: 12/30 = 40 % relative Luftfeuchte.

Das zeigt:
Bleibt der Wasserdampfgehalt konstant

  • steigt die relative Luftfeuchte, wenn die Temperatur sinkt,
  • sinkt die relative Luftfeuchte, wenn die Temperatur steigt.

Lufttemperatur

- 10 °C - 5 °C 0 °C 5 ° C 10 °C 15 °C 20 °C 25 °C 30 °C  

 

relative Luftfeuchte

 

100 % 

2,2

3,3

4,8

6,8

9,4

12,8

17,3

23,1

30,3

absolute Luftfeuchte

80 %

1,8

2,6

3,8

5,4

7,5

10,2

13,8

18,5

24,2

60 %

1,3

2,0

2,9

4,1

5,6

7,7

10,4

13,9

18,2

40 %

0,9

1,3

1,9

2,7

3,8

5,1

6,9

9,2

12,1

20 %

0,4

0,7

1,0

1,4

1,9

2,6

3,5

4,6

6,1

Die relative Feuchtigkeit zeigt somit unmittelbar, in welchem Grad die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist:

  • Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % enthält die Luft nur die Hälfte der Wasserdampfmenge, die bei der entsprechenden Temperatur maximal enthalten sein könnte.
  • Bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit ist die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt.
  • Wird die Sättigung von 100 % überschritten, schlägt sich die überschüssige Feuchtigkeit als Kondenswasser bzw. Nebel nieder.

Die relative Luftfeuchtigkeit ändert sich während des Tages. Weil die Temperatur ab ca. 30 Minuten nach Sonnenaufgang zu steigen beginnt, nimmt die relative Luftfeuchtigkeit ab diesem Zeitpunkt - bei ungestörtem Verlauf - kontinuierlich ab und erreicht am frühen Nachmittag um ca. 15 Uhr ihr Minimum. Danach beginnt sie wieder anzusteigen bis zum Zeitpunkt der kältesten Temperatur kurz nach Sonnenaufgang, wo sie erneut ihr Maximum erreicht.

Für das menschliche Wohlbefinden ist in erster Linie die relative Luftfeuchtigkeit relevant, nicht die absolute. Da die Verdunstung von Feuchtigkeit durch die Haut stark von der relativen Feuchtigkeit der Umgebungsluft bestimmt wird, ist die relative Feuchtigkeit entscheiden für das Behaglichkeitsempfinden.

 

Spezifische Luftfeuchtigkeit

Die spezifische Luftfeuchtigkeit definiert die Wasserdampfmenge (in g), die in 1 kg feuchter Luft enthalten ist. Die spezifische Feuchte entspricht zahlenmässig dem Mischungsverhältnis.

Diese Größe bleibt im Unterschied zu den vorherigen Feuchtigkeitsmaßen bei Volumenänderungen des betrachteten Luftpakets unverändert, solange keine Feuchtigkeit zu- oder abgeführt wird. Nimmt z. B. das Volumen des Luftpakets zu, so verteilen sich sowohl die (unveränderte) Masse der feuchten Luft als auch die (unveränderte) Masse des Wasserdampfs auf ein größeres Volumen, das Verhältnis der beiden Massen im Luftpaket zueinander bleibt aber dasselbe. Ein in der Atmosphäre z.B. aufsteigendes Luftpaket behält den Zahlenwert seiner spezifischen Feuchtigkeit bei, solange keine Feuchtigkeit (etwa durch Verdunstung von Regentropfen) zugeführt oder (durch Kondensation des Wasserdampfes) abgeführt wird.

 

Taupunkt

Der Wasserdampfgehalt in bodennahen Luftschichten, der sog. "Taupunkt" ist in der Wettervorhersage von besonderer Bedeutung. Der Taupunkt ist diejenige Temperatur, bis zu der ein ungesättigtes Luftquantum über einer ebenen, chemisch reinen Wasserfläche bei gleichbleibendem Luftdruck und Wasserdampfgehalt abgekühlt werden muß, damit Feuchtesättigung eintritt, die relative Luftfeuchtigkeitalso 100% beträgt. Taupunkt und Temperatur sind dann also gleich. Im Falle einer Übersättigung wäre die Luft nicht mehr in der Lage zusätzliche Feuchte aufzunehmen, weshalb sich der überschüssige Wasserdampf in Form von Dunst und Nebel bemerkbar machen würde. Der Begriff des Taupunkts rührt nicht vom Auftauen gefrorenen Wassers, sondern vom Tau, der sich bildet, wenn die Luft abkühlt. Taupunkt (und Reifpunkt beim Gefrieren) bezeichnen die Zustände des Wassers, bei denen es zur Kondensation (z.B. Taubildung) bzw. Resublimation (z.B. Reifbildung) von Wasserdampf kommt. Es handelt sich also um den Kondensations- bzw. Resublimationspunkt des Wassers.

Konform mit den Vorgaben der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) wird die Temperatur standardmäßig in zwei Metern Höhe gemessen (siehe Temperaturmessung), liefert die Feuchtemessung im gleichen Niveau den dazugehörigen Taupunkt. Die Differenz wird als sog. "Spread" (engl.: Spanne) bezeichnet. Im Meteorologensprech hört man dann z.B. kurz und knapp: "Stuttgart hat schon zehn über minus zehn." Das bedeutet, dass in Stuttgart die Lufttemperatur in 2 m Höhe über Grund aktuell 10 Grad beträgt bei einem gleichzeitigen Taupunkt von -10 Grad. Die Taupunktdifferenz, der Spread, beträgt daher 20 Grad. Die relative Luftfeuchte würde in diesem Fall nur rund 23% betragen, die Luft ist also sehr trocken.

Der Taupunkt ist somit keine feste Temperatur. Er hängt vielmehr von der in der Luft vorhandenen Wassermenge ab.

Taupunktkurve

Wird Luft abgekühlt, steigt bei gleichbleibender absoluter Luftfeuchtigkeit die relative Luftfeuchtigkeit bis auf 100% an. Dann besitzt die abgekühlte Luft den bei dieser Temperatur maximal möglichen Gehalt an Wasserdampf. Man sagt, die Luft hat ihren Taupunkt (Sättigung) erreicht.

Beispiel:
Luft mit 25 °C und 65 % relativer Feuchte enthält rund 15 g/m³ Feuchtigkeit. Kühlt sich diese Luft auf 20 °C ab, steigt die relative Feuchtigkeit bereits auf mehr als 80 %. Sinkt die Temperatur weiter auf 18 °C hat sie ihre Taupunkttemperatur erreicht. Die Luft ist nun gesättigt und kann keine weitere Feuchtigkeit mehr aufnehmen.

Der Taupunkt bzw. die Taupunkttemperatur ist als Maß für die Luftfeuchtigkeit daher normalerweise niedriger oder gleich der tatsächlichen Lufttemperatur. Sind beide gleich, so ist die Luft mit Wasserdampf gesättigt. Ein Feuchtemaß ist er deshalb, weil er abhängig vom Wasserdampfgehalt der Luft ist. Wird mit Wasserdampf gesättigte Luft unter den Taupunkt abgekühlt bzw. kommt sie mit kälteren Flächen in Kontakt, so tritt Kondensation ein, welche sich in Beschlagen, Nebel, Tau oder allgemein in Niederschlag äußert. Oder anders ausgedrückt: Je größer die Differenz zwischen Lufttemperatur und Taupunkt ist, desto trockener ist die Luft. Eine Besonderheit tritt bei Übersättigung auf, dann liegt die Taupunkttemperatur nämlich höher als die Lufttemperatur. Wird die Taupunkttemperatur durch weitere Abkühlung unterschritten oder weiterer Wasserdampf der Luft zugeführt, kondensiert so viel Wasserdampf in Form kleinster Tröpfchen aus, daß die relative Feuchtestets einen Wert von 100 % beibehält.

Die Höhe des Taupunktes ist von Temperatur und Feuchtigkeit abhängig. Der Taupunkt zeigt somit die geringste Temperatur an, welche eine Luftmasse erreichen kann, ohne auszukondensieren und Nebel zu bilden. Daß Tau bzw. Reif besonders am Erdboden bzw. auf Gegenständen auftritt, hat letztlich 2 Gründe. Erstens sinkt die durch Ausstrahlung abgekühlte Luft nach unten. Zum anderen schlägt sich Tau nur auf Gegenständen mit geringer eigener Wärmestrahlung nieder, die also entweder sehr dünn sind (Blätter, Gräser) oder aber die ihre Wärme sehr schnell an die Umgebung abgeben, wie Metalle (Autodächer) oder Glas (Autoscheiben).

Das Höhenprofil der Taupunkttemperatur gehört zu den Basismessungen, die täglich mit Radiosondenaufstiegen durchgeführt werden.

Der Taupunkt liefert verschiedene Informationen:

  • Treten während der Nacht keine neuen Wetterfronten auf, gibt der Taupunkt vom Abend ungefähr die Minimumtemperatur der Nacht an.
  • Liegen die Temperatur und der Taupunkt am Abend dicht beieinander ist die Wahrscheinlichkeit von Nebelbildung am folgenden Morgen sehr hoch.
  • Weiterhin gibt der Taupunkt einen Hinweis auf Schwüle, da hohe Werte des Taupunktes auch einen hohen Wasserdampfgehalt in der Luft bedeuten. Ab einem Taupunkt von ungefähr 20 Grad wird das Wetter als schwül empfunden.

 

Taupunktdifferenz (Spread)

Die Taupunktdifferenz (engl.: spread) stellt die Differenz zwischen realer Luft- und Taupunkttemperatur dar. Je größer die Taupunktdifferenz, desto kleiner die relative Luftfeuchte und umgekehrt. Bei einer Differenz von Null, also identischer Luft- und Taupunkttemperatur, liegt Sättigung vor. In aufsteigender Luft verringert sich die Taupunktdifferenz, bis Sättigung erreicht ist (Kondesationsniveau). In aufsteigender Luft verringert sich durch Temperaturabfall, den zeitgleichen Druckabfall überkompensierend, in zunehmender Höhe die Taupunktdifferenz, bis Sättigung erreicht ist. Aus der Differenz von Temperatur und Taupunkt am Boden läßt sich näherungsweise die Höhe der Wolkenuntergrenze ausrechnen:

  • Höhe der Wolkenuntergrenze (in m) = (Temperatur - Taupunkt) × 120
  • Höhe der Wolkenuntergrenze (in ft) = (Temperatur - Taupunkt) × 400

Diese Faustformel kann im Alltag besonders an Sommertagen angewendet werden, denn die Untergrenzen von Quellwolken werden oft zu tief eingeschätzt. So hat der Beobachter einen guten Anhaltspunkt für die Wolkenuntergrenzen. Die Formel sollte aber nur zur Bestimmung der Untergrenzen von konvektiver Bewölkung benutzt werden. Für andere Prozesse der Wolkenbildung, die wie bei der Hebung z.B. zur Entstehung einer Stratus- oder Stratocumulusschicht führen (Aufgleitprozesse an einer Warmfront), ist die Faustformel nicht geeignet. Vergleicht man Hebungskondesationsniveau (HKN) und Konvektionskondensationsniveau (KKN), sieht man, daß das HKN meist niedriger liegt als das KKN. Ist die Atmosphäre aber zum Zeitpunkt der graphischen Ermittlung und des Ballonaufstieges bis zum HKN trockenadiabatisch geschichtet, können KKN und HKN auf einer Höhe liegen.

Die Verringerung der Taupunktdifferenz bis hin zur Sättigung ist der Grund für die uns an bekannte, sich an bestimmter Stelle und Höhe entwickelnde Wolkenbildung. Aus dem Spread (der Spread kann z.B. dem METAR entnommen werden) läßt sich außerdem abschätzen, ob am fraglichen Ort fliegbares Wetter vorherrscht (großer Spread) oder ob es feucht ist mit niedriger Wolkendecke (kleiner Spread) oder sogar Nebel herrscht (Spread = 0). Gerade im Herbst und Winter kann das entscheidend sein. Ein kleiner Spread am Zielort kann wegen der abendlichen Abkühlung dazu führen, daß sich dort Nebel bildet und damit eine Landung (VFR) nicht mehr möglich ist.

Beispiel

Die Temperatur beträgt 30 °C, der Taupunkt 10 °C. Das ergibt sich einen Spread von 20 K. Multipliziert man diesen Spread mit 400, ergibt das ein ungefähre Quellwolkenuntergrenze von 8.000 ft, oder, multipliziert mit 125, eine Untergrenze von 2.500 m.

Die Taupunktdifferenz beeinflußt auch das Wohlbefinden von Menschen, vor allem bei sommerlichen bzw. tropischen Temperaturen. So empfinden die meisten Menschen einen Taupunkt von 20 °C bei einer Lufttemperatur von 30 °C (Tropentag) als ein angenehmes Klima (ca. 55 % relative Luftfeuchtigkeit). Ein Taupunkt von 20 °C und eine Lufttemperatur von 22 °C (ungefähr 88 % relative Luftfeuchtigkeit) wird dagegen sehr unangenehm empfunden, man schwitzt und friert zugleich.

 

Taupunkt und Wolkenbildung

Weil die Luft bei kälteren Temperaturen weniger Wasserdampf aufnehmen kann, nimmt die relative Luftfeuchtigkeit bei Abkühlung der Luft ständig zu bis sie 100 % erreicht hat, die Luft also gesättigt ist. Weiter kann die Temperatur nicht gesenkt werden, da bei Sättigung und Vorhandensein von Kondensationskeimen (dies sind natürliche und anthropogen erzeugte Aerosole wie Salze oder Feinstäube) der Wasserdampf kondensiert, wobei die gespeicherte latente Wärme frei wird, welche die Umgebung wiederum erwärmt. Das Gleiche passiert in der Atmosphäre in entsprechender Höhe. Da die Luft mit zunehmender Höhe immer kälter wird, nimmt auch die relative Luftfeuchtigkeit mit der Höhe immer weiter zu, bis die Luft gesättigt ist. Oberhalb dieser Höhe kondensiert das Wasser, es bilden sich Wolken.

Aufsteigende Luft kühlt sich um ca. 1 °C pro 100 m oder ca. 3 °C pro 1.000 ft ab (siehe Temperaturgradient). Hat die Luft morgens am Boden 16 °C bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit, so liegt der Taupunkt bei 5,6 °C. Im Tagesgang erwärmt sich die Morgenluft, so daß sie in größere  Höhen aufsteigen kann. In einer Höhe von 1.040 m wird sie auf 5,6 °C abgekühlt sein. Damit hat sie ihren Taupunkt erreicht, so daß beim weiteren Aufstieg der in der Luft enthaltene Wasserdampf zu kondensieren beginnt. Es bildet sich eine Wolke. Auf diese Weise kann man abschätzen, in welcher Höhe voraussichtlich die Cumulus-Bildung einsetzt (Kondensations-Niveau), vorausgesetzt die bodennahe Luft erreicht ihre "Auslösetemperatur". Die Auslösetemperatur, also jene Temperatur, welche die bodennahe Luft erreichen muß, um aufsteigen zu können, spielt eine große Rolle bei der Wetterbeobachtung und -voraussage und wird mit Hilfe von komplizierten Diagrammen (Emagramm, Thephigramm, Stüve-Diagramm) zeichnerisch genau ermittelt. Durch den Aufstieg von Radiosonden kann man den Verlauf von Temperatur und Luftfeuchtigkeit bis in große Höhen verfolgen, so daß sich aus solchen Diagrammen die mögliche Mächtigkeit von Wolkenschichten und -türmen vorherbestimmen läßt. Ebenso erhält man Aufschluß über die Struktur von Luftmassen und Fronten, ihr stabile oder labile Schichtung und anderes mehr.

Nicht zuletzt läßt sich mit der Taupunktdifferenz anhand einer Faustformel näherungsweise die Höhe der Quellwolkenuntergrenze bestimmen. Dazu unten mehr.

Mehr zu Wolken und zur Wolkenbildung steht in den Kapiteln Wolken und Niederschlag.

Taupunkttemperatur der Luft in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchte. Werden die in der Tabelle angegebenen Taupunkttemperaturen unterschritten, kommt es zur Kondensation.

Taupunkt und Wettervorhersage

Der Taupunkt wird in der meteorologischen Praxis bei verschiedenen Vorhersagen eingesetzt:

  • Nebel

  • Wie bereits oben erwähnt - ist Nebel auf eine Übersättigung der Luft zurückzuführen. Der Taupunkt ist folglich für die Nebelvorhersage unabdinbar. Ist z.B. in den Nachtstunden mit Wolkenauflockerungen und zugleich schwachem Wind zu rechnen und war der Spread in den Abendstunden ohnehin schon gering, so ist die Nebelwahrscheinlichkeit erhöht. Streicht in einem anderen Fall eine feucht-warme Luftmasse mit hohem Taupunkt über kalte Gewässer, deren Wassertemperatur unterhalb des Taupunkts liegt, wird die Luft in den oberflächennahen Schichten rasch abgekühlt, so daß über dem Gewässer Übersättigung und damit Nebelbildung einsetzt. Bei Süd- oder Südwestlagen ist Seenebel oft im Frühjahr über der Nord- und Ostsee zu bestaunen.

    Weitere Einzelheiten stehen im Kapitel Nebel.

  • Minimumtemperatur

  • Bei Wetterlagen ohne Luftmassenwechsel liefert der Taupunkt in den Abendstunden zumeist einen guten Richtwert für die bei Nacht bzw. in den frühen Morgenstunden zu erwartende Tiefsttemperatur. Bewegt er sich sehr nahe an der gemessenen Temperatur, ist der Spread also nahe null, ist kaum mit einer signifikanten Abkühlung in den Nachtstunden zu rechnen. Ist der Spread dagegen sehr groß, setzt meist schon mit dem Sonnenuntergang eine rasche Temperaturabnahme ein.

  • Schneefall

  • Auch zu Fragen zum Schneefall und, ob der Schnee liegen bleibt, können mit Hilfe des Taupunkts beantwortet werden. Ist der Mittelwert von Temperatur und Taupunkt kleiner 2 Grad, wird Niederschlag in der Regel wahrscheinlich als Schnee fallen, bei 0 Grad oder weniger bleibt der Schnee bei geeigneten Bodentemperaturen auch liegen.

  • Wolkenuntergrenze

  • Gerade in der Flugmeteorologie ist die Kenntnis der Taupunktdifferenz, also des Spreads, elementar. Aus der aktuellen Differenz von Lufttemperatur und Taupunkt am Boden läßt sich nämlich mit einer Faustformel die Höhe der Quellwolkenuntergrenze näherungsweise bestimmen:

    • Spread x 400 = Wolkenuntergrenze in Fuß
    • Spread x 125 = Wolkenuntergrenze in m.

    Weiteres dazu steht im Kapitel Kondensationsniveau.

 

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