Lufttemperatur

Die Lufttemperatur ist die Wettereigenschaft, die wir am unmittelbarsten empfinden.
Warm - kalt; frisch - drückend oder heiß - eisig: So empfinden wir die Temperatur der Umgebung.

Temperatur in der Höhe

Alle Stoffe bestehen aus vielen kleinen Teilchen, den Molekülen. Die Luft, die Erde – alles was uns umgibt. Je nach dem, wie eng diese Moleküle aneinander gelagert sind, entsteht der Aggregatzustand eines Materials oder Gebildes: fest, flüssig oder gasförmig.
Nehmen wir das Beispiel Wasser. Wasser ist bei Minusgraden gefroren, also fest. Die Moleküle sind hier eng miteinander verbunden und zusammengerückt. Ab einer Temperatur von 0 °C (Schmelzpunkt) bis 100°C (Siedepunkt) ist Wasser flüssig. Die Wassermoleküle befinden sich in einem etwas lockereren Verbund in dem sie sich mit Abständen von einander entfernt bewegen. Ab dem Siedepunkt verdampft das Wasser, es wird also gasförmig. Die Moleküle bewegen sich nun ganz weit auseinander und haben fast keinen Zusammenhalt mehr. Dieser Zustand erfordert mehr Energie, als der feste oder flüssige Zustand. Dies nennt man auch Wärmeenergie, die wir mit der Temperatur messen.

Wie bereits erwähnt, kommt diese Stoffveränderung durch die Dichte der Molekülen zueinander und deren Bewegung zustande. Feste Körper haben eine höhere Dichte als gasförmige Stoffe, weil ihre Molekülen viel enger beinander sind.
In der Atmosphäre sind die meisten Moleküle Luftmoleküle. Die Atmosphäre die Erde von der Sonne ab.
In den nebenstehenden Bildern kann man sehen, wie die Sonnenstrahlen durch die Atmosphäre bis auf die Erdoberfläche treffen. Die Moleküle der Ozonschicht filtern einen Teil der Sonnenstrahlen heraus, und diese kommen deshalb nicht mehr auf der Erdoberfläche an. Da aber die Dichte der Luft gering ist, erreichen die meisten Sonnenstrahlen den Erdboden, weil sie sich sozusagen einen Weg durch die Abstände der Moleküle bis zum Boden bahnen können.
Auf der Erdoberfläche werden die Sonnenstrahlen vom Boden zum großen Teil aufgenommen (absorbiert). Dadurch erwärmt sich der Boden. Ein kleinerer Teil wird wieder in die Atmosphäre zurückgeworfen (reflektiert).

Die Luft in Bodennähe wird nun auch erwärmt. Da die Luftmoleküle sich bei Erwärmung auseinander bewegen, dehnt sich die Luft dadurch aus, wodurch sie an Dichte verliert – die Luft steigt nach oben. Da der Druck am Boden höher ist als in der Atmosphäre, kann sich die aufsteigende Luft in der Höhe weiter ausdehnen. Bei dieser Ausdehnung geht Wärmeenergie verloren. Die aufgestiegene warme Luft kühlt sich ab. Durch die entstandene Entfernung zum Boden wird sie kaum noch weiter erwärmt.
Auch die reflektierten und mittlerweile langwelligen Strahlen haben weniger Energie und können die Luft nicht mehr so gut erwärmen. Weiter enthält die Luft durch die Ausdehnung weniger Moleküle, die von den Sonnenstrahlen getroffen werden könnten.
Daher herrschen in höheren Luftschichten weitaus tiefere Temperaturen als in den tieferen Schichten (siehe Meteogramm rechts).
Ist es bewölkt, absorbieren die Wassermoleküle in der Wolke einen großen Teil der Sonnenstrahlen. Nur ein geringer Teil der Sonnenstrahlen erreichen dann den Boden. Daher ist es selbst bei hoher Sonneneinstrahlung unter den Wolken oft kühl.

Aufstieg von Luft durch hohe Temperatur

Ist die Sonneneinstrahlung sehr stark, erwärmt sich die Luft am Boden stärker und steigt nach oben. Dabei verdrängt sie kühlere Luft aus höheren Schichten, und dehnt sich gleichzeitig aus, da der Luftdruck mit der Höhe abnimmt. Nebenstehend wird die Luftblasenbildung in einem animierten AirMeteogramm gezeigt.
Wenn immer mehr Luft erwärmt wird und nachströmt, entsteht eine Art "Luftblase", welche die ganze Trophosphäre (untere Schicht der Atmosphäre) nach oben ausdehnen kann. Dies ist ein Grund dafür, daß die Troposphäre in den Tropen höher ist als an den Polargebieten.

Temperatur Inversion

Eine Inversion ist eine Luftschichtung, bei der die Lufttemperatur in den höheren Schichten höher als in den niedrigeren Schichten der Atmosphäre ist.
Dies wird durch den Prozess der Luftaufwärmung verursacht. Die warme Luft steigt und bleibt dann über der kühlen Luft. Damit eine Inversion auftritt, muss etwas verhindern, dass die erwärmte Luft abkühlt, wenn sie in einer höheren Schicht ist, oder etwas muss die Luft in tiefen Schichten schneller abkühlen als die Luft darüber.
Ursachen für eine solche Inversion können sein:

• Subsidenz-Inversion: Kaltluftfluss in die Niederungen aus benachbarten Gebieten (z.B Gebirge, Gletscher): Die kalte Luft verdrängt die wärmere Luft und hebt sie an. Ein kontinuierlicher Kaltluftzustrom hält die Temperaturen am Boden niedriger als darüber.
• Aufgleit-Inversion: Eine wärmere Luftmasse, die sich über eine kühlere Masse schiebt. Diese Schichtung kann wenig stabil sein und entweder durch extreme Konvektion, die die Grenze überwindet, oder durch den Hebeeffekt einer Front oder eines Gebirgszuges durchbrochen werden; die plötzliche Freisetzung von angestauter Konvektionsenergie - wie das Platzen eines Ballons - kann zu schweren Gewittern führen.
• Schwache Sonneneinstrahlung. Diese Situation tritt vor allem auf im Winter, wenn der Boden seit einiger Zeit abgekühlt ist und die Luft in Bodennähe nicht mehr erwärmen kann; oder auch unter einer dünnen Schicht tief hängender Wolken, die verhindert, dass das Sonnenlicht den Boden erreicht und ihn erwärmt .

Beispiele einer Inversion können in dem Beispielmeteogram angesehen werden (rechts): Der Fluss von Kaltluft aus den nahe gelegenen Bergen mit ca. 2000 Metern Höhe (braune Linie) bildet ein Kaltluftkissen in ungefähr 2000 Metern Höhe, über dem Talboden (970 Meter, grüner Balken).