Wetterlexikon

Wind Chill-Effekt

Durch eine erhöhte Windgeschwindigkeit tritt in den Fällen eine Abkühlung im Hautbereich auf, in denen die Hauttemperatur über der Lufttemperatur liegt, der sog. Wind Chill-Effekt.

Dieser Abkühlungseffekt verstärkt sich mit zunehmender Windgeschwindigkeit. Auch bei konstanter Windgeschwindigkeit, aber gleichzeitig zunehmender Differenz zwischen Haut- und Lufttemperatur ist dies der Fall, da sich dadurch der konvektive Wärmeübergangskoeffizient (eine von der Luftbewegung, der Luftfeuchte und der Lufttemperatur abhängige Größe, die die Wärmeabgabe des Organismus angibt) erhöht.                                                                                                                                                                                                                                                                          

Unter warmen Bedingungen ist die Bedeutung der Luftfeuchtigkeit beim Abkühlungseffekt erheblich, da sie eine Auswirkung auf die Schweißverdunstung und damit auf die Temperaturabnahme der Haut durch Verdunstung besitzt. Unter kalten Bedingungen hat die Luftfeuchte keinen Einfluss mehr auf den Abkühlungseffekt, soweit die Haut nicht durch Wasser oder Schnee benetzt ist. Deshalb wird der Wind Chill-Effekt zur Bewertung der thermischen Belastung auch überwiegend nur bei kalten Bedingungen angewendet.

Die windbedingte Abkühlungswirkung auf die Haut lässt sich anschaulich durch eine Temperaturangabe beschreiben. Diese spezielle Temperatur wird als "Wind Chill Äquivalent - Temperatur" bezeichnet. Dabei handelt es sich um diejenige Lufttemperatur, bei welcher sich in einer Standardumgebung der gleiche Abkühlungseffekt einstellen würde wie unter den aktuellen meteorologischen Bedingungen. Die Standardbedingungen sind Schatten und eine leichte Luftbewegung. Die Wind Chill Äquvalent- Temperatur berücksichtigt nicht die Luftfeuchtigkeit und die Sonnenstrahlung, im Gegensatz zur Gefühlten Temperatur.

Lufttemperatur

Physikalisch betrachtet ist die Lufttemperatur ein Maß für den Wärmezustand eines Luftvolumens. Dieser wird bestimmt durch die mittlere kinetische Energie der ungeordneten Molekularbewegung in der Luft. Je größer die mittlere Geschwindigkeit aller Moleküle in einem Luftvolumen ist, um so höher ist auch seine Lufttemperatur.

Die Temperatur wird in der Meteorologie gemäß dem internationalen Einheitensystem in Kelvin [K] oder Grad Celsius [°C] gemessen (Ausnahmen: USA, Groß Britannien mit Messungen in Grad Fahrenheit [°F] ). Alle drei Skalen sind durch zwei Fixpunkte festgelegt. Nur für die Celsius- und die Kelvin-Skala gelten dabei dieselben Fixpunkte:

In der Celsius- und in der Kelvin-Skala liegen die Fixpunkte genau 100 Einheiten auseinander. Die Kelvin-Skala ist so aufgebaut, dass die theoretisch tiefste Temperatur, der absolute Nullpunkt, an dem die Moleküle keine Bewegungsenergie mehr haben, gleich 0 Kelvin (-273,15 °C) ist.

Für die Umrechnung gilt daher:

T [°C] = T [K] - 273,15

Die Fixpunkte der Fahrenheit-Skala (in Grad Celsius umgerechnet) liegen bei -17,8°C (entspricht 0° Fahrenheit, tiefste Lufttemperatur im Winter 1708/09 in Danzig) und bei 37,8 °C (entspricht 100° Fahrenheit, Körpertemperatur des Menschen). Eine Temperaturdifferenz von 1 °C entspricht 1,8 °F Differenz. Umgekehrt liegt eine Temperaturdifferenz von 1 °F bei einem Wert von rund 0,556 °C - Differenz. Für die Umrechnung in Grad Fahrenheit (bei bekanntem Grad-Celsius-Wert) gilt somit:

T[°F] =T [°C] * 1,8 +32

Und für den umgekehrten Weg (Umrechnung in Grad Celsius bei bekanntem Grad-Fahrenheit-Wert ) ergibt sich:

T[°C] = 0,556 * (T[°F] - 32)

Um die Lufttemperatur zu messen, muss der Messkörper eines Thermometers im Wärmegleichgewicht mit der Luft stehen, d.h. der Energietransport zwischen Messkörper und der umgebenden Luft muss ausgeglichen sein. Nur dann hat das Thermometer die gleiche Temperatur wie die Luft. Dies ist nur zu erreichen, wenn das Thermometer strahlungsgeschützt und gut ventiliert aufgestellt ist. Strahlungsgeschützt bedeutet, dass das Thermometer nicht von der kurzwelligen und energiereichen Sonnenstrahlung, nach Möglichkeit aber auch nicht von der Wärmestrahlung der Umgebung getroffen und damit seine Anzeige verfälscht werden kann.

Standardgemäß wird die Lufttemperatur beim DWD in zwei Meter Höhe über dem Erdboden in einer Thermometerhütte gemessen.

Luftfeuchte

Als Luftfeuchte (auch: Luftfeuchtigkeit) wird der Anteil des gasförmigen Wassers (Wasserdampf) am Gasgemisch der Erdatmosphäre bezeichnet. Wenn die maximale Menge an Wasserdampf erreicht ist, welche die Atmosphäre aufnehmen kann, dann ist sie mit Wasserdampf gesättigt. Diese maximale Menge hängt von der Temperatur der Luft ab (je höher die Temperatur desto mehr Wasserdampf kann aufgenommen werden).

Als "trockene Luft" bezeichnet man in der Meteorologie ein Luftgemisch völlig ohne Wasserdampf. Dies ist für theoretische Überlegungen von Bedeutung, da der Wasserdampfanteil der Atmosphäre zwischen Null (bei extremer Kälte) und 4 Volumenprozent (tropisch-heiße Luft) schwankt und sich daher nur schwer tabellieren lässt.

Wird mit Wasserdampf gesättigte Luft unter einen bestimmten Temperaturwert, den Taupunkt, abgekühlt, dann scheidet sie flüssiges Wasser durch Kondensation aus. Dieser Effekt findet z.B. beim Beschlagen von Fensterscheiben, bei der Taubildung und ähnlichen Phänomenen statt.

Die Menge des Wasserdampfes in der Luft kann man entweder direkt in Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft (absolute Feuchte) bzw. in Gramm Wasserdampf pro Kilogramm trockener Luft angeben (Mischungsverhältnis) oder als Relation der vorhandenen zur maximal möglichen Feuchte (relative Feuchte). So hat z.B. dieselbe bei 10°C völlig gesättigte Luft bei 20°C eine relative Feuchte von nicht einmal 50% und ist dann also "relativ" trocken.

Weitere Luftfeuchteparameter sind die spezifische Feuchte (in Gramm Wasserdampf pro Kilogramm feuchter Luft) und die Taupunktsdifferenz (Differenz zwischen Lufttemperatur und Taupunkt in Kelvin).

Taupunkt

Bei weiterer Abkühlung tritt Kondensation ein, da ein Sättigungswert über 100% nicht möglich ist. 

Der Taupunkt ist im Gegensatz zur Lufttemperatur nicht direkt messbar, er lässt sich aber z.B. aus der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit mit Hilfe empirischer Formeln berechnen oder mit dem Psychrometer (Messung der Trockentemperatur und der Feuchttemperatur) bestimmen.

Luftdruck

Mit Luftdruck wird der von der Masse der Luft unter der Wirkung der Erdanziehung ausgeübte Druck bezeichnet. Er ist definiert als das Gewicht der Luftsäule pro Flächeneinheit vom Erdboden bis zur äußeren Grenze der Atmosphäre.

Die Standard-Maßeinheit für den Luftdruck ist Hektopascal (hPa ). 1 hPa entspricht dabei 1 mbar, einer der früher verwendeten Einheiten für den Luftdruck.

Es gilt: 1 hPa = 100 Pa = 100 N / qm = 100 kg / (m qs) (mit: qm= Meter zum Quadrat und qs= Sekunde zum Quadrat)

Der Luftdruck nimmt in den unteren Luftschichten der Atmosphäre rasch mit zunehmender Höhe ab und erreicht über Mitteleuropa etwa 5.500 m über NN (Meeresspiegelhöhe) die 500 hPa-Schwelle.

Der mittlere Luftdruck beträgt in Meereshöhe 1013.25 hPa. Laut Standardatmosphäre verringert er sich bis in 5,6 km Höhe auf 500 hPa (etwa die Hälfte des Bodenwertes) und in 31 km Höhe auf 10 hPa (etwa ein Hundertstel des Bodenwertes).

UV-Index

Der UV-Index ist eine durch die Weltgesundheitsorganisation (WHO) und der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) international standardisierte Maßzahl für die Stärke der UV-Strahlung der Sonne. Mit Hilfe dieses Index will man das Bewusstsein der Menschen über die Gefährlichkeit der UV-Strahlung schärfen. Bei übermäßiger Bestrahlung können Sonnenbrand oder Entzündungen am Auge entstehen. Als langfristige Schäden durch ein zuviel an UV-Strahlung kann es zu Hautkrebs oder Trübungen der Augenlinse bzw. Schäden am Immunsystem kommen.
Der UV-Index soll dem Menschen helfen, die Sonnenstrahlung einzuschätzen und mit geeigneten Maßnahmen sich vor den gefährlichen Strahlung zu schützen. Je höher der Indexwert ist, desto schädlicher ist die Strahlung. Der UV-Index ist unabhängig vom Hauttyp.

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