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Temperaturabnahme mit der Höhe
Mit zunehmender Höhe nimmt die Temperatur ab. Dafür sind verschiedenen Faktoren verantwortlich: Luftdruck und Wasserdampfgehalt der Luft.
Mit zunehmender Höhe nimmt die Temperatur ab. Dafür sind verschiedenen Faktoren verantwortlich: Luftdruck und Wasserdampfgehalt der Luft.
Pro 100 Meter Höhenunterschied nimmt die Temperatur im Schnitt um 0,65 °C ab. Falls die Luft sehr trocken ist, etwa bei einer starken Hochdrucklage, kann sich die Luft pro 100 Meter sogar um fast 1 °C abkühlen. Dieser Prozess hängt mit dem Luftdruck, der Wärmestrahlung und dem Wasserdampfgehalt zusammen.
Die Temperatur ist generell vom Luftdruck abhängig. Je höher der Druck, umso höher liegt die Temperatur. Da der Druck der Atmosphäre auf Meereshöhe am grössten ist, werden auf Meereshöhe bei vergleichbaren Witterungsbedingungen grundsätzlich die höchsten Temperaturen gemessen. Je höher man dann steigt, umso mehr nimmt die Temperatur ab, weil der Druck abnimmt.
Neben dem Druck ist die Art der Erwärmung der Atmosphäre von grundlegender Bedeutung für den Temperaturverlauf mit der Höhe. Die Atmosphäre wird zur Hauptsache von der Erdoberfläche her erwärmt. Das heisst, die einfallende kurzwellige Sonnenstrahlung erwärmt die Erdoberfläche und die erwärmte Erdoberfläche gibt langwellige Wärmestrahlung an die darüberliegende Atmosphäre ab.
Die Atmosphäre kann umso mehr Wärmestrahlung absorbieren, je mehr Wasserdampf sie enthält (siehe Luftfeuchtigkeit. Wird eine Atmosphärenschicht erwärmt, wird sie selbst zum Wärmestrahler, das heisst sie gibt die Wärme wieder ab. Ein grosser Teil dieser Wärme aus der Atmosphäre wird zurück Richtung Erdoberfläche gestrahlt. Man nennt dies die langwellige atmosphärische Gegenstrahlung. Diese Gegenstrahlung ist auch nachts aktiv. Beim Prozess von kurzwelliger Einstrahlung und langwelliger atmosphärischer Gegenstrahlung handelt es sich den natürlichen Treibhauseffekt.
Der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre ist vom Druck abhängig. Mit zunehmender Höhe und abnehmendem Druck wird der Wasserdampfgehalt immer geringer. Deshalb kann die Atmosphäre mit zunehmender Höhe immer weniger Wärmestrahlung absorbieren und an die Erdoberfläche zurückstrahlen. Mit zunehmender Höhe wird die Atmosphäre also immer durchlässiger für die von der Erdoberfläche her abgestrahlte Wärme. Die nicht absorbierte Wärme verlässt die Atmosphäre und geht im Weltraum verloren.
Steigt warme Luft auf, so dehnt sie sich in der Höhe infolge des abnehmenden Drucks aus. Die Ausdehnung der Luft benötigt Energie, und diese Energie wird aus der mitgeführten Wärme geschöpft. Das heisst, beim Ausdehnen mit zunehmender Höhe wird die aufsteigende Luft immer kühler.