Troposphäre

Durchschnittliche Temperatur und molare Masse in Abhängigkeit von der Höhe.

Die Troposphäre [tropoˈsfɛːrə] (von griechisch τροπή, tropé „Wendung, Kehre“ und σφαίρα, sfaira „Kugel“) ist die unterste Schicht der Erdatmosphäre und Teil der Homosphäre.

Aufbau der Erdatmosphäre

Die Troposphäre reicht vom Erdboden bis zur Tropopause. Ihre Dicke beträgt etwa 8 Kilometer an den Polen, wo sie im Winter bis zu 2 Kilometer niedriger ist als im Sommer, und 18 Kilometer am Äquator. In der Troposphäre sind etwa 90 Prozent der gesamten Luft sowie beinahe der gesamte Wasserdampf der Erdatmosphäre enthalten. Da sich in ihr der Großteil des Wetters abspielt, spricht man auch von der Wetterschicht (oder Advektionsschicht) der Atmosphäre.

Die Troposphäre wird nur in geringem Maße direkt durch Sonnenstrahlen erwärmt. Der größte Teil der Wärme wird vom Erdboden aufgenommen, weswegen die Lufttemperatur im Schnitt um etwa 6,5 °C pro Kilometer Höhe abnimmt (Definition der Standardatmosphäre). Dies nennt man den vertikalen atmosphärischen Temperaturgradienten. Im Einzelnen beträgt die Temperaturabnahme in trockenadiabatischen (= wolkenlosen) Abschnitten durchschnittlich 1 Grad auf je 100 Meter (DALR), im feucht-adiabatischen (wolken-und nebelreichen) Raum sind es pro 100 Meter etwa 0,6 Grad (SALR). An der Tropopause beträgt die Temperatur um –75 °C (am Äquator) bis –45 °C (an den Polen).

Da warme Gase hochsteigen und kalte absinken, wird die Luft innerhalb der T. durchmischt, die Entstehung von Wetter wird möglich. Da an der Ozonschicht in der Stratosphäre die Temperatur mit zunehmender Höhe wieder steigt (Inversion), stellt sie eine Durchmischungsgrenze dar. Daher spielen sich alle Vorgänge, die das Wetter beeinflussen, in der Troposphäre ab. Durch den vorhandenen Wasserdampf werden Wolken gebildet, Regen entsteht und die Troposphäre wird von gelösten Gasen und Feststoffen gereinigt.

Die nächsthöhere Luftschicht über der Troposphäre ist die Stratosphäre (bis 50 km Höhe), mit der nur ein geringer Luftaustausch stattfindet, da hier zunächst eine sogenannte Isothermie herrscht (Temperatur bleibt mit zunehmender Höhe gleich). Ab dem Beginn der Ozonschicht (zwischen 20 und 50 km Höhe) nimmt die Temperatur sogar wieder zu (Inversion) bis etwa 0 °C. Die Grenzschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre wird als Tropopause bezeichnet.

Vertikalgliederung der Troposphäre

An der Troposphäre selbst kann man auch eine vertikale Untergliederung vornehmen. Sie beinhaltet im Wesentlichen folgende Teilschichten:

• Unterste mm bis cm: laminare Unterschicht. Ist für mikroklimatische Fragestellungen von besonderem Interesse da in dieser Schicht auf Grund intensiven Reibungseinflusses praktisch keine Luftbewegung auftritt.
• Unterste ca. 2 m: bodennahe Grenzschicht, auch Geiger-Schicht. Eine kräftige vertikale Windgeschwindigkeitszunahme und, vor allem bei hohen Temperaturen, auch eine kräftige Temperaturabnahme mit der Höhe. Die bodennahe Grenzschicht ist der Lebensraum von Mensch, Tier und größtenteils auch der Vegetation.
• Unterste ca. 50 m: bodennahe Luftschicht, auch Prandtl-Schicht. Noch immer ist der Erdoberflächeneinfluss von Bedeutung und es findet eine ausgeprägte Windgeschwindigkeitszunahme mit der Höhe statt (wegen der nachlassenden Bodenreibung). Ein Großteil der Vegetation der Erde ragt in diese Schicht hinein.
• Unterste ca. 0,5-2 km: planetarische Grenzschicht, auch Reibungsschicht oder Peplosphäre genannt. In dieser äußeren Schicht äußert sich der Reibungseinfluss vor allem in einer Windrichtungsänderung mit der Höhe, ebenso eine weitere vertikale Windgeschwindigkeitszunahme.

Manchmal wird die planetarische Grenzschicht auch aufgeteilt in innere – unterhalb 50 m, also bodennahe – und äußere Schicht oberhalb davon. Die Ekman-Schicht ist dann eine Teilschicht der planetarischen Grenzschicht. Die Ekman-Schicht ist in erster Linie durch die Winddrehung und Windzunahme (gemäß der Ekman-Spirale) des Reibungswindes mit der Höhe in den geostrophischen Wind an der Obergrenze der Ekman-Schicht gekennzeichnet. Die Obergrenze der Ekman-Schicht ist gleichzeitig auch die Obergrenze der planetarischen Grenzschicht insgesamt. Zusammen mit der Prandtl-Schicht bildet die Ekman-Schicht die planetarische Grenzschicht (im weiteren Sinne).

Darüber befindet sich bis zum Einsetzen der Tropopause die freie Schicht oder freie Atmosphäre. Sie ist im Wesentlichen reliefreibungsfrei. In dieser Schicht wird ein Großteil des Flugstreckenverkehrs abgewickelt.

Literatur

• C.D. Schönwiese: Klimatologie. Ulmer Verlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-8252-1793-0

Die Erdatmosphäre

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