Meteorologie ist über Luft und alles, was in ihr passiert, zumindest was das Physikalische angeht. Sie erinnern sich? Wenn nicht, kein Problem, hier ("hier" als Link zum Blog 1) können Sie nachschlagen. Ansonsten werden Sie noch im Kopf haben, dass Luft aus Gasen, Aerosolpartikeln und Wolkenhydrometeoren besteht und das komplexeste System pyhsikalische System darstellt, das es auf der Erde gibt. Die genannten Inhaltsstoffe liegen in verschiedensten Arten, Zusammensetzungen, Konzentrationen und Formen vor: Während die am häufigsten Gase Stick- und Sauerstoff räumlich und zeitlich relativ gleichmäßig in der Atmosphäre verteilt sind, variieren die Konzentrationen der Spurengase (wie Wasserdampf, Ozon und Kohlendioxid) unter Umständen deutlich. Letztere Variabilität gilt um so mehr für die Aerosolpartikel und Wolkenhydrometeore, die Sie sich, wenn Sie sich erinnern, aus festen oder/und flüssigen Bestandteilen zusammengesetzt bzw. aufgebaut vorstellen können. Man betrachte beispielweise ein Wassertropfen. Dieser besteht aus einem festen Kern und einer flüssigen Hülle. Beide Teile für sich genommen sind weder aus nur einem Stoff "gemacht", noch liegen sie in idealer Kugel- bzw. Schalenform vor. Die Wissenschaft sagt, Kern und Hülle sind jeweils inhomogen zusammengesetzt und nichtsphärisch aufgebaut. Das alles kann man messen und in ihren physikalischen Eigenschaften beobachten und, natürlich, mathematisch beschreiben sowie berechnen. Luft ist also ein komplexes Gebilde, das einfache wie bizarre Bestandteile enthält.
Aber was passiert in ihr und mit ihren Teilen genau? Hier lehrt Ihnen die Wissenschaft beispielsweise Folgendes. Die Luft wird durch den Erdkörper und den Kosmos begrenzt. Ersterer rotiert und bewirkt Gravitation. Letzterer ist Quelle von Licht. In Summe kommt es zu sogenannten Wechselwirkungen der äußeren Gegebenheiten mit den Bestandteilen der Luft. Oben hatten wir bereits gelernt, dass die Luft grundsätzlich inhomogen aufgebaut ist. Das gilt ebenso für das Auftreten und die Stärke dieser äußeren Wirkungen: Die Abgeplattetheit des Erdkörpers führt zu einer nicht gleichmäßigen Rotationswirkung. Die Schwerkraft über dem Himalaya ist stärker als über dem Pazifik. Licht fällt an den Erdpolen schräger ein als in Äquatornähe. Zu den äußeren Wirkungen kommen die inneren: Die Bestandteile der Luft werden beeinflusst und beeinflussen sich gegenseitig. Die Wissenschaft spricht von Kopplungen und Rückkopplungen.
Aber was passiert genauer in der Luft und mit ihren Teilen? Zunächst wird Licht von allen ihren Teilen absorbiert und gestreuut, und das passiert mit ganz individuellen Eigenschaften. Lichtenergie wird umgesetzt und die räumlich inhomogene Verteilung des Lichtangebots zusätzlich verändert. Dieser Umsatz stellt nun Energie für mechanische Bewegungen, thermische Prozesse und chemische Umwandlungen im Medium Luft bereit, wobei sich die diese Phänomene wechselseitig beeinflussen können, eben rückkoppeln.
Luft ist also ständig in Bewegung und transportiert seine Bestandteile, das heißt Gase, Aerosolpartikel und Wolkenhydrometeore. Die Hauptursache ist der erwähnte räumlich ungleichmäßige Energieumsatz, indem die solare Erwärmung der Atmosphäre tendenziell polwärts abnimmt und an der sonnenabgewandten Seite gar nicht stattfindet. Die Folge sind mechanisch-thermische Ausgleichsbewegungen. Diese werden vertikal durch die Gravitation und horizontal durch die Rotation der Erde (Coriolis-Ablenkung) verändert. Es kommt zu charakteristischen Bewegungserscheinungen. Hinzu kommen Bewegungen thermo-chemischer Natur. In Abhängigkeit von der betrachteten Größenordnung (Skala), das heißt, von der großen zur kleinen Skala treten u. a. folgende Bewegungsphänomene auf: allgemeine planetare Zirkulationen und Wellen, wetterbestimmende Wirbel, thermisch oder orografisch erzwungene Vertikalbewegungen, Land-See- und Berg-Tal-Winde sowie turbulente Strömungen.
Die Gase unterliegen einer sogenannten und äußerst vielfältigen Gasphasenchemie, beispielsweise der Abbau von Ozon in der Stratosphäre (Ozonloch) und die Bildung dessen in Bodennähe an heißen sonnigen Sommertagen. Ähnliches gilt für die Aerosolpartikel und Wolkenhydrometeore, die komplexe chemische Umwandlungen erfahren können. Die Luft ist also auch ein gigantischer Reaktor. Bevor chemische Reaktionen an Aerosolpartikeln und Wolkenhydrometeoren stattfinden können, müssen diese natürlich erst einmal vorhanden sein. Aerosolpartikel können durch die mechanische Bewegung der Luft eingetragen werden, wie die Sandkörner über Wüsten oder die Aschepartikel durch Vulkane. Sie können jedoch auch aus Gasen und ihren chemischen Umwandlungen in der Luft selbst entstehen. Man spricht hier von Nukleation, also einer Art Keimbildung. Analoges gilt für Wolkenhydrometeore. Sie können durch Wasseranlagerungen an Aerosolpartikeln entstehen wie auch durch einfache Verflüssigung von Wasserdampf. Weiteres Gefrieren und Prozesse des Kristallwachstums führen zu Eiskristallen mit bizarren geometrischen Formen. In ihrer Gesamtheit und im Zusammenhang mit ihrer Entstehung und ihrer Evolution bilden die Hydrometeore charakteristische Wolken. Und natürlich können Aerosolpartikel und Wolkenhydrometeore aus- und zu Boden fallen. Man spricht von Niederschlag. All diese Prozesse und ihre Rückkopplungen auf die bewegte Luft werden durch die meteorologischen Teilgebiete der Aerosol- und Wolkenphysik beschrieben, woran sich die Aerosol- und Wolkenchemie anschließt bzw. einbezieht. Alles ist miteinander verknüpft.
Obwohl wir in der Luft nicht viel sehen und wir all ihre Bewegungen wie Phänomene nicht annähernd visuell erfahren und erfassen können, passiert unheimlich viel: das eben Geschilderte und vieles, vieles mehr. Wetter quasi aus dem "Nichts"? So scheint es, aber alles lässt sich durch instrumentelle Hilfsmittel beobachten, physikalisch-mathematisch modellieren und mit Computern berechnen. Das gilt auch für das Klima, das wohl noch unfassbarer zu sein scheint. Luft ist komplex, aber begreifbar. Sie und ihr räumlich wie zeitlicher Wandel, also alles zu genau verstehen, was in ihr passiert, muss uns wichtig sein, denn wir leben in ihr und sind von ihr abhängig.
Lesen Sie hier auf dieser Website, wie es mit dem Projekt weitergeht und welche Resultate wir erzielen konnten. Wir hoffen, Ihnen einen guten Einblick in die Motivation von CityCLIM gegeben zu haben.
Ihr Meteologix AG/Kachelmann GmbH Team!