Übersicht:
- Temperaturskalen
- Feuchtemaße
- Sichtweite

Temperaturskalen     

Celsius-Skala
Der schwedische Astronom Anders Celsius (1701-1744) führte eine neue, nach ihm benannte Skala zur Temperaturmessung ein. Ihre Fixpunkte sind die Temperaturen von schmelzendem Eis und siedendem Wasser bei einem äußeren Luftdruck von 1013.25 hPa. Die Siedetemperatur definierte er als 0 Grad, die Schmelztemperatur von Eis als 100 Grad, den Bereich dazwischen teilte er in 100 gleiche Teile.

Der schwedische Naturforscher Carl v. Linné drehte einige Jahre später die Skala um und definierte 0 Grad als den Schmelzpunkt und 100 Grad als den Siedepunkt. Nach internationaler Übereinkunft ist die Celsiusskala die in den Wetterdiensten angewandte Temperaturskala.

Kelvin-Skala
Der britische Physiker William Lord Kelvin schlug eine Temperaturskala vor, deren Nullpunkt jene Temperatur ist, bei der die mittlere Bewegungsenergie der Moleküle eines Gases zur Ruhe kommt, da die Bewegungsenergie nur temperaturabhängig ist. Der "absolute Nullpunkt" beträgt -273,16 C oder Null Kelvin. Die Kelvin-Skala ist wie die Celsius-Skala eine Centigrad-Skala, so daß die Celsius-Temperatur nur mit 273,16 addiert zu werden braucht, um die Kelvin-Temperatur zu berechnen.

Fahrenheit-Skala
Neben Celsius experimentierte auch der in Danzig geborene Naturforscher Fahrenheit mit einer Temperaturskala. Im Jahre 1714 definierte er auf Anregung des Dänen Ole Roemer folgende Fixpunkte:

  0°F : Mischung aus Eis, Wasser und Salmiak oder Seesalz

 32°F : Eispunkt

100°F : Wärme des gesunden menschlichen Körpers

Diese Fixpunkte entsprechen in der Celsius-Skala -17.7 C, 0°C und 37.7 C. Die Temperatur des siedenden Wassers beträgt 212 F. Fahrenheit stellte als erster die Druckabhängigkeit des Siedepunktes fest und legte den Nullpunkt tiefer, so dass beim meteorologischen Gebrauch (die damals häufigste wissenschaftliche Anwendung) nicht mit negativen Zahlen gearbeitet werden mußte. Roemer selbst hatte seine Skala nach dem extrem kalten Winter von 1708/09 um 1/2 Grad erniedrigt.

Die Fahrenheitskala wird heute noch vor allem in den USA verwendet. Die Umrechnungsformeln lauten

Fahrenheit = Celsius * 9/5 + 32

Celsius = (Fahrenheit - 32) * 5/9

Réaumur-Skala
Im 18. Jahrhundert, im Zeitalter der Aufklärung, wurden eine Reihe von Temperatur-Skalen entwickelt. Neben den Naturwissenschaftlern Celsius und Fahrenheit definierte auch der französische Physiker René-Antoine Ferchault de Réaumur um 1730 eine Skala, die - wie die Celsius-Skala - als Eckwerte die Temperatur siedenden Wassers und schmelzenden Eises aufweist, aber nur 80 gleiche Skalenwerte verwendet. Demnach gilt:

Celsius = 4/5 * Réaumur

Feuchtemaße     

Wasserdampf ist ein unsichtbares Gas, das aufgrund seiner Fähigkeit, Energie als latente Wärme zu speichern, und wegen seiner Absorbtions- und Emissionseigenschaften als das meteorologisch wichtigste Gas in der Atmosphäre gilt, obwohl sein Anteil höchstens 4 % an deren Volumen beträgt. Die grundlegenden thermodynamischen Parameter des Wasserdampfes,

• Dampfdruck oder Partialdruck
• Absolute Feuchte oder Dampfdichte
• Mischungsverhältnis (Wasserdampf zu trockener Luft)
• Spezifische Feuchte (Wasserdampf zu feuchter Luft)

lassen sich aus jeweils einer der drei folgenden Meßgrößen bestimmen

Die Relative Feuchte ist das Verhältnis zwischen aktuellem Dampfdruck und Sättigungsdampfdruck (Meßverfahren z.B. Längenausdehnung von Haaren wie im Hygrometer)

Sättigung bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Dampfdruck bei gegebener Temperatur einen Maximalwert, den Sättigungsdampfdruck, nicht übersteigen kann. Bei diesem Wert befindet sich die Zahl der über einer ebenen Wasserfläche verdunstenden Moleküle mit der Zahl der kondensierenden Moleküle im Gleichgewicht.

Der Sättigungsdampfdruck nimmt mit der Temperatur zu. Der genaue funktionale Verlauf hängt aber zusätzlich davon ab, ob der Wasserdampf sich über Eis oder über einer Wasserfläche befindet, und ob diese dabei unterkühlt ist.

Über gekrümmten Oberflächen, insbesondere in der Umgebung von Tröpfchen, ist der Sättigungsdampfdruck abhängig vom (Krümmungs-)Radius gegenüber einer ebenen Wasseroberfläche erhöht. Damit wird der durch die Oberflächenspannung bedingte Verlust von Molekülen ausgeglichen. In sehr reiner Luft ist dieser Effekt so stark, dass Kondensation, d.h. das Zusammenballen einzelner Moleküle zu Tröpfchen mit sehr kleinen Radien, nur bei Übersättigung, d.h. bei relativer Feuchte über 100% stattfinden kann. Normalerweise befinden sich aber ausreichend viele und genügend große Kondensationskerne (Aerosole) in der Luft, so dass der Krümmungseffekt bei der Berechnung der relativen Feuchte vernachlässigt werden kann.

Der Taupunkt ist die Temperatur, bei der die Luft den Sättigungszustand erreicht und Wasser auszukondensieren beginnt (Taubildung, Meßverfahren z.B. Taupunktspiegel). Bei einer relativen Feuchte von 100 %rF entspricht die Umgebungstemperatur der Taupunkttemperatur. Je größer die Taupunktdifferenz (engl. "spread") zwischen Temperatur und Taupunkt, umso trockener ist die Luft und umso geringer ist die Kondensationsgefahr.

Bei Temperaturen unter 0°C sind die Verhältnisse durch das gleichzeitige Vorkommen von unterkühlten Tröpfchen und Eispartikeln kompliziert. Da der Sättigungsdampfdruck über Eis geringer ist als über Wasser, tritt Kondensation bei Abkühlung in Gegenwart von Eis früher ein. Die zugehörige Temperatur liegt dann irgendwo zwischen Taupunkt und Reif- oder Frostpunkt. Da aber das Mengenverhältnis der verschiedenen Phasen in der Praxis kaum bestimmbar ist, wird als Messgröße in der Regel, auch bei hochreichenden Radiosondenaufstiegen, nur der Taupunkt über Wasser angegeben.

Feuchttemperatur
ist die Temperatur eines angefeuchteten, belüfteten Thermometers (Psychrometer) Um den Wasserdampfgehalt bzw. die relative Feuchte einer Luftmasse zu bestimmen, nutzt man den Effekt der Verdunstungskälte. Ein trockenes und ein mit einem feuchten Strumpf umwickeltes Thermometer werden einem Luftstrom ausgesetzt (z. B. mit einem Ventilator angeblasen, Luftstrom typisch 3 m/s).

Das feuchte Thermometer zeigt nach einer Zeit eine niedrigere Temperatur als das trockene, da ein Teil der Wärme wegen der Verdunstung am feuchten Strumpf abgeführt wird. Die Temperaturdifferenz zwischen trockenem und feuchtem Thermometer ist ein Maß für die Feuchte der Luft (je größer, desto trockner). Nach der Psychrometerformel von Sprung läßt sich der aktuelle Dampfdruck und damit die relative Feuchte und der Taupunkt berechnen. Das Wort stammt von dem griechischen Wort psychros = kühl ab.

Virtuelle Temperatur
feuchter Luft ist die Temperatur trockener Luft mit derselben Dichte der feuchten Luft. Die Luftdichte ist nach der Zustandsgleichung idealer Gase proportional zum Quotienten aus Druck und Temperatur. Dies gilt auch für feuchte Luft, allerdings wird dann die Proportionalität, die Gaskonstante, eine Funktion des Mischungsverhältnisses. Um nicht mit variablen Konstanten arbeiten zu müssen, wurde rein formal ein virtueller Zuschlag zur Lufttemperatur eingeführt, der die Verringerung der Dichte bei zunehmender Feuchte beinhaltet.

Die folgenden Größen sind ein Maß für den Gehalt an fühlbarer und latenter Wärme einer Luftvolumens und eignen sich daher zur Luftmassenklassifikation.

Pseudopotentielle Temperatur
wird durch einen pseudoadiabatischen Prozess bestimmt, d.h. das Volumen wird zunächst trockenadiabatisch bis zum Kondensationsniveau, dann feuchtadiabatisch angehoben, bis aller Wasserdampf kondensiert ist (bis zum Druck P=0) und analog zur potentiellen Temperatur trockenadiabatisch auf 1000hPa abgesenkt.

Äquivalenttemperatur
ist die Temperatur, die die Luft annähme, wenn der gesamte Wasserdampf bei gleichbleibendem Druck kondensieren könnte. Sie erlaubt eine grobe Aussage über das Schwüleempfinden; dieses wird ab einer Äquivalenttemperatur von etwa 50 °C als belastend empfunden.

Äquivalent-potentielle Temperatur
ist der adiabatisch auf 1000hPa bezogene Wert der Äquivalenttemperatur. Sie ist stets kleiner als die pseudopotentielle Temperatur.

Sichtweite     

Die Luft enthält insbesondere in Bodennähe eine große Zahl mikroskopisch kleiner Partikel, das sogenannte Aerosol. Die Zahl von Aerosolpartikeln in der Luft schwankt je nach Reinheit zwischen wenigen hundert und einigen hunderttausend bis einer Million pro m**3.

Sehr hohe Teilchenkonzentrationen, wie man sie im Sommer bei länger andauernden Hochdruckwetterlagen über den Kontinenten beobachtet, führen zu einer sichtbaren Trübung der Atmosphäre. Man spricht von trockenem Dunst, wenn die Sichtweite in trockener Luft unter 8 km zurückgeht.

Viele Aerosolpartikel wie z.B. Salzkristalle ziehen Feuchtigkeit an, sie sind hygroskopisch und quellen auf. Besitzt die Luftmasse genügend Feuchtigkeit, so tritt auch bei niedrigeren Partikelkonzentrationen eine Sichttrübung ein, die als feuchter Dunst bezeichnet wird, wenn die Sichtweite unter 8 km zurückgeht. In der Seefahrt bezeichnet man solche Sichtverhältnisse auch als diesig.

Als Sichtweite bezeichnet man definitionsgemäß die größte Entfernung, bis zu der ein dunkles Objekt in einem Sichtwinkel von 0.5° bis 5° vor einem hellen Horizonthimmel noch gerade sichtbar ist. Sie ist natürlich abhängig von der Lufttrübung, aber auch von der Bewölkung, den Beleuchtungsverhältnissen sowie vom Hintergrund. Die nachts bestimmte größte Entfernung, bis zu der eine Lichtquelle von etwa 40 Watt noch identifiziert werden kann, nennt man Feuersicht.

Normsichtweite ist diejenige Sichtweite, in der ein ausgedehntes dunkles Ziel am Tage bei homogener Trübung der Atmosphäre auf dem Strahlenweg zwischen Ziel und dem Auge des (normalsichtigen) Beobachters noch gegenüber dem Horizonthimmel gerade noch wahrgenommen werden kann.

Die Größe der Sichtmarke muß mindestens 0.5 Grad Sehwinkel ausmachen (entspricht einer Objektgröße von ca. 10 m auf 1000 m Entfernung). Für die Erkennbarkeit ist auch der Helligkeitsunterschied (Kontrast) zwischen Objekt und Hintergrund von Bedeutung. Für die Definition der Normsichtweite wird ein Leuchtdichteunterschied zwischen Objekt und Hintergrund (Himmel) von mindestens 5 % zugrundegelegt.

Landebahnsichtweite (RVR Runway Visual Range)
Bei ungünstigen Sichtbedingungen wird im Luftverkehr für Start und Landung statt der meteorologischen Sichtweite die Landebahnsichtweite angegeben. Sie gibt die maximale Entfernung an, in der aus der Position des Flugzeugführers beim Start- oder Landerollvorgang (ca. 5 m über der Mittellinie der Landebahn) die Zeichen oder Feuer der Landebahnmarkierungen zu sehen sind.

Die RVR läßt sich nur indirekt bestimmen, indem die Trübung der Atmosphäre an mehreren Positionen neben der Start- und Landebahn mit Trübungsmessern (Transmissometer) oder Streulichtmessern (Back-Scatter-Geräte) bestimmt wird. Da die Sichtbarkeit der Landebahnfeuer von der eingeschalteten Leistungsstufe abhängig ist, geht die Helligkeit der Feuer mit in die Berechnung der RVR ein. Der apparative Aufwand zur Bestimmung der RVR groß ist groß; daher werden Transmissometer nur an Flughäfen mit Allwetterflugbetrieb eingesetzt.

Vertikalsicht
Ist bei aufliegender Bewölkung an der Wetter-Beobachtungsstation der Himmel nicht erkennbar, so entfällt in der Wettermeldung die Angabe über die Höhe der Wolkenuntergrenze. Statt dessen kann die Vertikalsicht angegeben werden. Sie ist definiert als die größtmögliche Höhe, bis zu der Objekte senkrecht nach ober erkennbar sind. Die Vertikalsicht wird nur dann in Meldungen angegeben, wenn sie zuverlässig, z.B. mit Hilfe eines Ceilometers, gemessen werden kann. Das Ceilometer ist eine vertikal abstrahlende Lichtquelle, das durch Laufzeitmessung des rückgestreuten Signals eine Bestimmung der Vertikalsicht bzw. der Wolkenuntergrenze ermöglicht.

Sichtflugregeln
Im Gegensatz zum Instrumentenflug orientiert sich der Flugzeugführer beim Sichtflug am natürlichen Horizont, seine Ortsbestimmung führt er nach Bodensicht mit Hilfe der terrestrischen Navigation durch. Daher gelten für den Sichtflug bestimmte Sichtflugregeln (Visual Flight Rules = VFR, Instrument Flight Rules=IFR ), unter denen ein Flug nach Sicht durchgeführt werden darf. Diese VFR-Bedingungen stellen bestimmte Mindestanforderungen an

• die Sichtweite
• die Höhe der Hauptwolkenuntergrenze über Grund
• den Bedeckungsgrad mit tiefen Wolken
• den horizontalen und vertikalen Abstand zu den Wolken

Die Mindestbedingungen hängen noch von der Art des Luftraumes ab (kontrollierter Luftraum, unkontrollierter Luftraum, Flughafenkontrollzonen).