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Wetterthema

22.07.2016

Unten warm oben kühl

Warum ist es auf den Bergen kälter als im Tal?

Wer kurzeitig mal der Sommerhitze entfliehen möchte, sollte möglichst hoch hinaus auf die Berggipfel. Wie hängen Höhenzunahme und Temperaturabnahme miteinander zusammen und um wie viele Grad nimmt die Temperatur mit der Höhe ab?

Die gesamte Atmosphäre lastet auf der Luft in Bodennähe und erzeugt dort im Mittel einen Druck von 1013 hPa (Hektopascal), was etwa dem Druck in 10 Metern Wassertiefe entspricht. Mit zunehmender Höhe verringert sich die Menge der darüber liegenden Luft und damit auch der Druck mit dem die Luft komprimiert wird. Wenn nun also ein Luftpaket aufsteigt, so dehnt es sich aus und verrichtet dabei Arbeit. Die geleistete Arbeit geht der Luft in Form von Wärme verloren – sie kühlt sich ab.

Wie stark sich ein Gas bei seiner Ausdehnung abkühlt, hängt auch von seiner Wärmekapazität ab, einer physikalischen Größe, welche beschreibt, wie stark sich die Temperatur bei Zufuhr oder Entzug einer bestimmten Energiemenge ändert. Bei Luft, welche hauptsächlich aus Stickstoff (78 Prozent) und Sauerstoff (21 Prozent) besteht, ergibt sich eine Abkühlung von ziemlich genau einem Grad Celsius pro 100 Metern Höhenzunahme. Bei diesem Wert wird der Luft ansonsten keine Energie in Form von Wärme zugeführt oder entzogen, was man als adiabatisch bezeichnet.

Dies gilt jedoch nur, wenn man unterwegs nicht in Wolken gerät. In diesem Fall verkompliziert sich die Physik ein wenig. Denn die Luft enthält immer unsichtbaren Wasserdampf. Umso wärmer die Luft, desto mehr Wasserdampf kann sie enthalten. Wenn nun die Luft mit zunehmender Höhe abkühlt kann es vorkommen, dass der in ihr enthaltene Wasserdampf kondensiert und sich Wolken bilden. Dabei gibt der Wasserdampf sehr viel Energie an seine Umgebung ab, da die Wassermoleküle im flüssigen Zustand deutlich weniger Bewegungsenergie haben, als wenn sie gasförmig durch die Gegend flitzen.

Die überschüssige Bewegungsenergie der nun flüssigen Wassermoleküle wird an die Umgebungsluft abgegeben und erwärmt diese. Insgesamt überwiegt jedoch die Abkühlung der aufsteigenden Luft durch ihre Ausdehnung. Nun kühlt es in den Wolken nur noch etwa um 0,5 bis 0,9 Grad ab, wenn man 100 Meter an Höhe gewinnt. Am Freitag um 11:00 Uhr wurden in Garmisch auf 720 Metern Höhe 21,6 Grad gemessen, auf der Zugspitze in 2960 Metern waren es zur gleichen Zeit nur 7,7 Grad. Das entspricht einer mittleren Abnahme um 0,62 Grad Celsius pro 100 Metern Höhenzunahme.

Freitag, 22. Juli 2016

Tim Staeger
ARD-Wetterredaktion

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