Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit

Das Wetter verfügt über unterschiedliche Elemente. Dazu gehören u.a. Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit. Die Lufttemperatur wird mithilfe von Thermometern, hierzulande in Grad Celsius gemessen. Bei der Luftfeuchtigkeit unterscheidet man die absolute, relative und spezifische Luftfeuchtigkeit. Man misst sie mit Hygrometern. Informieren Sie sich über die Messung von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit.

Wie warm und wie feucht wird es heute draußen?

Lufttemperatur

Die Lufttemperatur gilt als Maß für den Wärmezustand eines Luftvolumens. Bestimmend für diesen Zustand ist die mittlere kinetische Energie von ungeordneten Molekularbewegungen innerhalb der Luft. Je mehr mittlere Geschwindigkeit sämtlicher Moleküle in einem Luftvolumen vorherrscht, umso höher fällt auch dessen Lufttemperatur aus.

Messung der Lufttemperatur

In der Meteorologie erfolgt die Messung der Lufttemperatur entweder in K (Kelvin) oder in Grad Celsius. Eine Ausnahme bilden allerdings die USA und Großbritannien, bei denen in Grad Fahrenheit gemessen wird. Um die Größenordnung der Temperatur festzulegen und sie angeben zu können, wird eine empirische Temperaturskala verwendet.

Skaladefinition

Zur Definition der Skala kommen zwei Methoden infrage. Bei der ersten Methode legt man zwei Fixpunkte fest.

Dabei handelt es sich um Werte, die in der Natur vorkommen oder sich durch Experimente reproduzieren lassen. Durch eine Prozess- oder Stoffeigenschaft, die Temperaturabhängig ist, teilt man den Abstand zwischen den beiden Fixpunkten gleichmäßig auf.

Bei der zweiten Methode ist dagegen ein Fixpunkt ausreichend. Auch bei ihm erfolgt die Definition durch eine Stoffeigenschaft, wie beispielsweise den Schmelzpunkt von Eis.

Dann legt man den Abstand bzw. die Einheitsgröße fest. In der heutigen Zeit gültig ist die Skala IST-90 (International Temperature Scale of 1990).

Funktionsprinzip

Für die Messung der Lufttemperatur kommen Thermometer oder Temperatursensoren zum Einsatz. Wichtig ist, dass der Messkörper des Thermometers ein Wärmegleichgewicht mit der Luft aufweist. So muss der Energietransport zwischen der umgebenden Luft und dem Messkörper ausgeglichen sein, damit das Thermometer dieselbe Temperatur hat wie die Luft.

Erreichbar ist dies aber nur dann, wenn man das Thermometer ausreichend ventiliert aufstellt und es vor Strahlen geschützt ist. Unter strahlungsgeschützt ist zu verstehen, dass die energiereichen, kurzwelligen Sonnenstrahlen nicht auf das Thermometer treffen und die Anzeige verfälschen. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) misst die Lufttemperatur in der Regel in einer speziellen Thermometerhütte zwei Meter über dem Erdboden.

Die Lufttemperatur kann man mit einem Außenthermometer messen
Die Lufttemperatur kann man mit einem Außenthermometer messen

Einflüsse und Variabilität

Die Lufttemperatur kann von ein paar Faktoren beeinflusst werden. Dazu zählen die lokale Strahlungsbilanz sowie Mischungseffekte, die durch den Wind auftreten. Innerhalb eines Jahres ist die Temperatur Schwankungen ausgesetzt, ebenso ist sie abhängig von der Region.

Im Wüsteninnern beobachtet man dabei die höchsten Temperaturen (Hitzepol); dabei werden Temperaturen von knapp 60 Grad Celsius gemessen. Die niedrigsten Werte (Kältepol) gibt es in der Antarktis. Hier kann es zu Temperaturen von fast -90 Grad Celsius kommen.

Im Verlauf eines Jahres werden in Mitteleuropa im Januar meist die niedrigsten Temperaturwerte gemessen. Bis zum Juli nehmen die Temperaturen zu, um dann zwischen September und Dezember wieder schnell zu sinken.

Was den Tagesgang angeht, so sinken die Temperaturen in der Nacht, sobald die Sonne untergegangen ist. Um den Sonnenaufgang herum werden die niedrigsten Werte gemessen; dann steigen sie bis zur Mittagszeit schnell und ab dann langsamer an.

Befindet sich die Sonne auf ihrem Höchststand, ist es am wärmsten. Dies kann im Winter zwischen 13 und 14 Uhr sein, während man die Höchstwerte im Sommer zwischen 16 und 17 Uhr, teils erst vor 18 Uhr, messen kann. Es folgt eine rasche Abnahme in den Abendstunden sowie eine langsamere in der Nacht.

Luftfeuchtigkeit

Bei der Luftfeuchtigkeit, auch Luftfeuchte genannt, handelt es sich um den Anteil des gasförmigen Wassers (Wasserdampf) am Erdatmosphärengasgemisch oder innerhalb von Räumen. Dagegen zählt man flüssiges Wasser wie Eis oder Regentropfen nicht zur Luftfeuchtigkeit.

Für die Meteorologie ist die Luftfeuchte eine bedeutende Kenngröße. Unterschieden wird die Luftfeuchtigkeit in absolute, relative und spezifische Luftfeuchtigkeit.

  • Die absolute Luftfeuchtigkeit (Wasserdampfdichte oder kurz Dampfdichte) beschreibt die Masse des Wasserdampfs in einem bestimmten Luftvolumen
  • Die relative Luftfeuchtigkeit beschreibt das Verhältnis zwischen aktuellem Dampfdruck sowie Sättigungsdampfdruck des Wassers über einer ebenen und reinen Wasseroberfläche
  • Die spezifische Luftfeuchtigkeit beschreibt die Wassermasse, welche in einer bestimmten Masse feuchter Luft zu finden ist

Messung der Luftfeuchtigkeit

Um die Luftfeuchtigkeit messen zu können, kommen spezielle Messgeräte, die Hygrometer genannt werden, zur Anwendung. Dazu gehören beispielsweise

  • Psychrometer
  • Taupunktspiegelhygrometer und
  • Absorptionshygrometer.

Absorptionshygrometer

Absorptionshygrometer verfügen über ein wasseranziehendes (hygroskopisches) Material. Durch die Feuchtigkeit kommt es zu einer Veränderung des Materials.

Zu den bekanntesten Messgeräten dieser Art zählt das Haarhygrometer, das oftmals ein menschliches Haar enthält. Dieses dehnt sich bei Feuchtigkeit aus.

Psychrometer

Psychrometer sind mit zwei gleichartigen Thermometern ausgestattet. Über den Temperatursensor eines der beiden Thermometer zieht man einen befeuchteten Mullstrumpf.

Auf diese Weise wird ihm Wärme durch den Verdunstungseffekt entzogen, sodass es eine niedrigere Temperatur als das trockene Thermometer anzeigt. Die Differenz der Temperatur zwischen den beiden Messgeräten dient als Maß für die relative Luftfeuchtigkeit.

Taupunktspiegelthermometer

Zu den genauesten Messverfahren für die Luftfeuchte zählt die Bestimmung des Taupunkts mit einem Taupunktspiegelthermometer. Dabei kühlt man einen Spiegel so ab, dass sich Luftfeuchtigkeit auf ihm bildet. Mithilfe eines Photosensors und einer Lichtquelle erfolgt die Bestimmung des Kondensationsmomentes.

Der Taupunkt wird als Wertepaar aus Taupunkttemperatur und dem Druck, der während des Messzeitpunktes besteht, verstanden. Auf diese Weise kann der Taupunkt problemlos in absolute Luftfeuchtigkeit umgerechnet werden.

Wetterstationen messen auch die Luftfeuchtgkeit
Wetterstationen messen auch die Luftfeuchtgkeit

Einflüsse und Variabilität

Erreicht die Atmosphäre die Maximalmenge an Wasserdampf, liegt eine Wasserdampfsättigung vor. Wie hoch die Maximalmenge ausfällt, ist von der Lufttemperatur abhängig, denn je höher die Temperatur ansteigt, desto mehr Wasserdampf lässt sich aufnehmen. Enthält ein Luftgemisch überhaupt keinen Wasserdampf, sprechen Meteorologen von trockener Luft.

Im geringen Umfang kann die Luftfeuchtigkeit auch vom Umgebungsdruck beeinflusst werden, da Gase wie etwa der Wasserdampf keine perfekt idealen Gase darstellen und es zu den so genannten Van-der-Waals-Kräften, schwachen Wechselwirkungen zwischen deren Molekülen kommt: je höher der Druck, desto stärker die Wechselwirkungen.

Im Rahmen des Poynting-Effekts kommt es zu Veränderungen im Molekül-Abstand. Dies führt zu Beeinflussungen der Verdunstungsrate.

Weitere beeinflussende Faktoren sind

  • die Aggregatzustände des Wassers
  • die Reinheit des Wasser sowie
  • Oberflächenkrümmung des Wassers.

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Quellenangaben
  • Thermometer 42 © K.-U. Häßler - www.fotolia.de
  • Thermometer in der Sonne © Jürgen Fälchle - www.fotolia.de
  • digital weather station © Kostyantyn Malinovskyy - www.fotolia.de

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