In der Klimatologie und der Hydrologie beschäftigen wir uns mit geographischen Zonen, Regionen oder Orten. Daher brauchen wir das Gradnetz mit Breitengraden und Längengraden. Ordnen Sie die folgenden Begriffe im Gradnetz der Erde den orange eingefärbten Elementen auf den Karten zu.
a)
b)
c)
d)
e)
1 Breitenkreise
2 Nullmeridian
3 Längenkreise
4 Pole
5 Äquator
a) 1
b) 5
c) 2
d) 3
e) 4
Welches Koordinatensystem für Längengrade (orange) und Breitengrade (gelb) ist korrekt, wenn Sie auf die Angabe von "N", "S", "O" und "W" verzichten?
In diesem Koordinatensystem, welches ist der korrekte Längen- und Breitengrad von Freiburg i. Br.?
Sie lassen einen Camping-Kocher für eine Minute laufen, und erwärmen damit einen Topf mit einem
Volumen von genau einem Liter. Welcher Topf erwärmt sich am meisten?
Wählen Sie die korrekte Einheit der Wärmekapzität.
Ordnen Sie die Stoffe nach zunehmender Wärmekapazität, von geringer (links) zu hoher (rechts) Wärmekapazität.
Wie können Sie den Südlichen Wendekreis beschreiben?
Wie heisst der Breitenkreis auf einer Breite von +66.5°?
Ordnen sie den Bildern die entsprechenden Sphären des Klimasystems zu:
1 Biosphäre
2 Atmosphäre
3 Lithosphäre
4 Kryosphäre
5 Hydrosphäre
a) 4
b) 1
e) 5
In welche Richtung dreht sich die Erde?
e) Sie dreht sich nicht
Was müssen Sie tun, wenn Sie die Internationale Datumsgrenze von Osten nach Westen überfliegen / überschreiten um die korrekte Uhrzeit einzustellen?
Was ist die “Kryosphäre” ?
Wann im Jahr tritt die gezeigt Konfiguration auf?
Welche Energieformen sind in der Atmosphäre von Bedeutung?
Was ist die “Lithosphäre”?
Die Lichtgeschwindigkeit bestimmt wie schnell sich Energie im Klimasystem durch Strahlung ausbreiteten oder verteilen kann. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt ungefähr 300 000 000 m/s. Wie könnten Sie diese grosse Zahl in Exponentialschreibweise kompakter ausdrücken?
In den Naturwissenschaften sind Einheiten immer zwingend anzugeben. Weiter müssen Einheiten nach dem SI-System (Système International d’Unités) angegeben werden. Das SI-System nutzt nur eine kleine Anzahl (7) Basiseinheiten. Von den sieben Basiseinheiten werden fünf in der Klimatologie und der Hydrologie gebraucht.
Ordnen Sie die fünf SI-Basiseinheiten, welche in der Klimatologie und Hydrologie relevant sind, den ensprechenden Größen zu.^
a) Zeit
b) Länge
c) Masse
d) Temperatur
e) Stoffmenge
1 Mol (mol)
2 Kilogramm (kg)
3 Meter (m)
4 Kelvin (K)
5 Sekunde (s)
a) 5
b) 3
d) 4
e) 1
Die SI-Basiseinheit für die Temperatur ist Kelvin (K, aber nicht °K). Absolute Temperaturen dürfen aber, aufgrund der Gewohnheit, auch in Grad Celsius (°C) angegeben werden. Allerdings sollten Temperaturunterschiede generell in Kelvin (K) angegeben werden.
Wie können wir Kelvin in Grad Celsius umrechen? Was wäre eine Temperatur von 15°C in K ausgedrückt?
Der Wert muss zwischen 288.0 und 288.5 liegen
Ordnen Sie den folgenden abgeleiteten SI-Einheiten die entsprechenden physikalischen Grössen zu.
a) Watt (W)
b) Joules (J)
c) Pascal (Pa)
d) Newon (N)
1 Druck
2 Kraft
3 Energie
4 Leistung
a) 3
b) 4
c) 1
d) 2
Im SI System gibt es neben Basiseinheiten auch abgeleitete Einheiten. Was ist die physikalische Einheit einer Kraft?
Was ist die physikalische Einheit von Leistung?
Wie können wir die Einheit einer Windgeschwindigkeit in m / s auch schreiben?
Wie können wir die Einheit W / m^2 auch schreiben?
Wie können wir die Einheit J m^-3 K^-1 anders schreiben?
Welche Grösse beschreibt, wieviel Energie wird pro Zeit umgesetzt wird?
Oft nutzen wir in den Naturwissenschaften einen sogenannten Prefix, um eine Grössenordnung abzukürzen. Ein Beispiel ist der Zentimeter (cm), denn 100 cm = 1 m, oder 1 cm = 10-2 m. Wissen Sie wieviele Meter ein Mikrometer (µm) hat?
Was ist "Wärme"?
Wie könnten sie eine Distanz von 10^-9 m auch benennen?
Ordnen Sie die Namen (Prefix) in der Wissenschaftlichen Schreibweise den entsprechenden Größenordnungen zu
a) 10^2
b) 10^3
c) 10^6
d) 10^9
e) 10^12
1 Kilo
2 Hekto
3 Tera
4 Mega
5 Giga
a) 2
c) 4
d) 5
e) 3
Was sind die Einheiten eines Energieflusses?
Was sind die Einheiten einer Energieflussdichte?
Und zum Schluss noch ein etwas unbekannterer Prefix: Die Masse des gesamten Kohlenstoffs in der Atmosphäre beträgt etwa 750 Pg (das sind 750 Petagramm). Der meiste Kohlenstoff ist in Form von CO2. Wieviele kg Kohlenstoff (C) sind dies?
Welche Prozesse sind für die Energieübertragung in der Atmosphäre von Bedeutung?
Ordnen Sie die folgenden Transportprozesse von Energie in der Atmosphäre nach ihrer Geschwindigkeit von schnell (oben) zu langsam (unten):
Konvektion, Strahlung, Wärmeleitung
Strahlung, Konvektion, Wärmeleitung
Die Temperatur der Atmosphäre auf einer Höhe von 10 km ist ungefähr 215 K. Das ist die typische Aussentemperatur wenn Sie in einem Flugzeug auf Reiseflughöhe fliegen. Wieviel ist das in Grad Celsius (°C) ausgedrückt?
Der Wert muss zwischen -59 und -58 liegen
Wie heisst die Energie, die benötigt wird, um ein Kilogramm Wasser aus dem flüssigen in den gasförmigen Aggregatszustand zu überführen?
Wie heisst die Energie, die benötigt wird, um ein Kilogramm Wasser aus dem festen (Eis) in den flüssigen Aggregatszustand zu überführen?
Wenn Schnee / Eis zu flüssigem Wasser schmilzt, dann …
Wenn Wasserdampf zu flüssigem Wasser kondensiert, dann …
Energie im Klimasystem kann mittels Strahlung (Sonnenstrahlung, terrestrische Strahlung) übertragen werden. Was sind grundlegende Eigenschaften der Energieübertragung mittels Strahlung?
Welche Grösse verbindet Wellenlänge und Frequenz von Strahlung?
Wie sind Wellenlänge λ und Frequenz f mit der Lichtgeschwindigkeit c verbunden?
Was versteht man in der Klimatologie unter “kurzwelliger Strahlung”?
Was versteht man in der Klimatologie unter “langwelliger Strahlung”?
Welchen Wellenlängenbereich umfasst die terrestrische Strahlung?
In welchem Wellenlängenbereich ist die Energieflussdichte der Sonnenstrahlung an der Erdoberfläche am größten?
In welchem Wellenlängenbereich ist die Energieflussdichte der Ausstrahlung der Erde am größten?
Warum weist die terrestrische Strahlung größere Wellenlängen auf als die Sonnenstrahlung?
In welchen Bereich des elektromagnetischen Spektrums fällt 44% des Sonnenlichtes, welches die Erde erreicht?
Von welchen Grössen hängt die gesamte Ausstrahlungsleistung eines Objektes ab?
Welche Größe kann mit dem Wienschen Gesetz berechnet werden?
Welche der folgenden Formeln ist das Wiensche Verschiebungsgesetz?
Das folgende Bild wurde im Vorlesungsraum aufgenommen. Welches grundlegende Gesetz bzw. welcher physikalische Sachverhalt wird hier genutzt, um die Temperaturen darzustellen?
Welche Größe kann durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz berechnet werden?
Welche der folgenden Formeln ist das Stefan-Boltzmann Gesetz?
Der physikalische Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem Ort wird ... genannt.
Wie lautet die Definition von Klima?
Was ist eine “klimatologische Referenzperiode”?
Ordnen Sie den gezeigten Wolken-Phänomenen die entsprechende Skalengröße zu
a) eine Gewitterzelle
b) ein tropischer Wirbelsturm
c) Rauchfahne eines Kamins
1 Makroskala
2 Mikroskala
3 Mesoskala
Welche der folgenden Begriffe sind Klimaelemente?
Welche der folgenden Begriffe sind Klimafaktoren?
Wie heißt der maximale räumliche und/oder zeitliche Bereich, der in einem Modell die Atmosphäre abbildet?
Welches Gas hat den größten Volumenanteil in der Atmosphäre?
Welche der folgenden Gase sind in den untersten 80 km der Atmosphäre relativ gut durchmischt?
Welches chemische Element hat in der Atmosphäre den grössten Massenanteil?
Welches Gas kommt nicht in der Atmosphäre vor?
Gegeben sind vier Gase, welche in der Erdatmosphäre vorkommen. Ordnen Sie jedem Gas den entsprechenden Anteil (in Prozent des Volumens der Luft) zu.
a) Sauerstoff (O2)
b) Kohlendioxid (CO2)
c) Argon (Ar)
d) Stickstoff (N2)
1 0,040 %
2 78,08 %
3 0,934 %
4 20,95%
c) 3
Was bedeutet “ppm”?
Was hat der "Schauinsland" bei Freiburg und der "Mauna Loa" auf Hawaii betreffend der Klimawissenschaft gemeinsam?
Wie gross ist etwa das Mischungsverhältnises (in ppm) von Kohlendioxid in der Atmosphäre im Jahr 2019, fernab von menschlichen Quellen?
405 - 415
Wie können Klimawissenschaftlerinnen und Klimawissenschaftler die Konzentrationen von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre der letzen 400 000 Jahre rekonstruieren?
In welcher Schicht der Atmosphäre spielt sich der grösste Teil des Wetters (Wolken, Fronten, Gewitter, Wirbelstürme etc.) ab?
Ordnen Sie die Schichten der Erdatmosphäre nach ihrer Höhe über Grund, von hoch (oben) bis bodennah (unten):
Mesosphäre
Thermosphäre
Exosphäre
Stratosphäre
Troposphäre
Wie nennen wir die Schicht, in der die Atmosphärengase gut durchmischt sind
Ordnen Sie die entsprechenden Höhenbereiche (in Meter über Grund) zu
a) Tropopause
b) Höhe der atmosphärischen Grenzschicht
c) Untergrenze der Exosphäre
d) Bereich der Mesosphäre
e) Höhe der maximalen Strahlungsabsorption durch Ozon
1 500 - 1000km
2 ~40 - 50 km
3 0,5 - 2 km
4 60 - 80 km
5 8 - 16 km
e) 2
Wie hoch ist die Lufttemperatur am Oberrand der Standardtroposphäre?
Wie hoch reicht die TRoposphäre in der Standardatmosphäre?
Wie nennen wir die Schicht der Atmosphäre, in der die Luftbewegung stark von der Bodenreibung beeinflusst wird?
Welcher Prozess trägt primär zur Erwärmung der oberen Stratosphäre bei?
Wie nennen wir die Grenze zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre?
Wie nennen wir die Grenze zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre?
Was ist eine “isotherme”?
Welcher Prozess ist hauptsächlich für die Ausbildung des mittleren Lufttemperaturprofils in der Troposphäre verantwortlich?
Welche der folgenden Tatsachen beschreibt die Temperatur in der Standardtroposphäre korrekt?
Welcher Prozess trägt massgeblich zur Erwärmung der Stratosphäre bei?
Welcher Prozess trägt massgeblich zur Erwärmung der Thermosphäre bei?
Wann und wo wurde die bisher höchste Temperatur in Deutschland seit Beginn der flächendeckenden Wetteraufzeichnungen 1881durch den DWD gemessen?
Ordnen Sie die folgenden Bereiche der elektromagnetischen Strahlung im Klimasystem von kurzwellig (oben) nach langwellig (unten).
Sichtbares Licht
Nahestehenden Infrarot
Ultraviolett
Thermalinfrarot
Ordnen Sie die Wellenlängen den entsprechenden Bereichen des Spektrums zu:
a) Ultraviolett
b) Sichtbares Licht
c) Nahes Infrarot
d) Terrestrische Strahlung
1 0.7 - 3 µm
2 3 - 100 µm
3 0.15 - 0.4 µm
4 0.4 - 0.7 µm
In der Klimatologie und Hydrologie wird oft mit grossen und auch mit sehr kleinen Zahlen gearbeitet. Daher ist die Schreibweise einer Zahl mit Exponenten (Exponentialschreibweise) üblich.
Hier ist ein Beispiel. Die Energie, die wir brauchen, um einen Liter Wasser aus dem Meer oder eines Sees zu verdunsten beträgt
2,8 · 106 Joules
Wieviele Joules sind das?
Ordnen Sie die verschiedenen Energieformen den korrekten Fachbegriffen zu
a) Energie in Form von elektromagnetischen Wellen
b) Energie, die in Änderung der Temperatur einer Substanz verbunden ist
c) Energie, die mit Änderungen des Aggregatzustandes einer Substanz verbunden ist
d) Energie der Lage in einem Schwerefeld
e) Energie in Bewegungen
1 Latente Wärme
2 Strahlungsenergie
3 Geopotentielle Energie
4 Kinetische Energie
5 Fühlbare Wärme
Ordnen Sie die verschiedenen Energieformen jeweils dem entsprechenden Beispiel in der Atmosphäre zu
a) Sonnenlicht
b) Erwärmung einer Luftmasse
c) Kondensieren von Wasserdampf zu Wolkentröpfchen
d) Umwandlung von CO2 zu KOhlenhydraten in der Photosynthese
e) Wind
1 Kinetische Energie
2 Fühlbare Wärme
3 Strahlungsenergie
4 Latente Wärme
5 Chemische Energie
b) 2
Wie heisst die Energie, die benötigt wird, um die Temperatur eines Kubikmeters eines Materials (z.B. Luft) um ein Kelvin zu erhöhen?
Ordnen Sie den Definitionen die korrekten Begriffe zu
a) Energie, die pro Zeit umgesetzt wird
b) Energi, die pro Zeit und pro Fläche umgesetzt oder transportiert wird
c) Energie, die in einer Temperaturänderung eines Systems gebunden ist
d) Energie, die in einer Änderung eines Aggregatzustandes eines Systems gebunden ist
1 Fühlbare Wärme
2 Latente Wärme
3 Leistung
4 Energieflussdichte
Ordnen Sie die Energiemengen pro Masse den entsprechenden Aggregatszustandsänderungen des Wassers zu.
a) Es werden 334 kJ pro kg an die Umgebung abgegeben
b) Es werden 334 kJ pro kg von der Umgebung aufgenommen
c) Es werden 2501 kJ pro kg an die Umgebung abgegeben
d) Es werden 2501 kJ pro kg von der Umgebung aufgenommen
e) Es werden 2835 kJ pro kg von der Umgebung aufgenommen
f) Es werden 2835 kJ pro kg an die Umgebung abgegeben
1 Sublimation von Eis
2 Deposition (Resublimation) von Wasserdampf
3 Gefrieren von Wasser
4 Schmelzen von Eis
5 Kondensieren von Wasserdamf
6 Verdunsten von Wasser
c) 5
d) 6
f) 2
4.1Ergänzen Sie den folegenden Text mit den korrekten Begriffen:
Energie/Strahlung/Flussdichte/Leistung kann weder vernichtet, noch neuerschaffen werden, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Solare Strahlung, die auf einen Körper trifft, kann zum Beispiel durch den Körper durchgehen reflektiert werden oder emittiert/vernichtet/gestreut/reflektiert/absorbiert werden. Die Summe von Transmissivität/Emissivität/Passivität/Relativität , Reflektivität/Effektivität/Aridität/Intensität und Absorptivität/Konvektivität/Radioaktivität/Fluidität ist immer eins.
Energie
absorbiert
Transmissivität
Reflektivität
Absorptivität
4.2 Ordnen Sie die Begriffe den korrekten Definitionen zu.
a) Anteil der einfallenden Strahlung, der ungehindert durch Materie hindurch transportiert wird.
b) Anteil der einfallenden Strahlung, der von der Materie zurückgeworfen wird.
c) Anteil der einfallenden Strahlung, der von der Materie aufgenommen und in eine andere Energieform umgesetzt wird.
1 Reflektivität
2 Absorptivität
3 Transmissivität
4.3 Was versteht man unter Albedo?
4.4 Welche Formel beschreibt die Albedo einer Erdoberfläche?
K↓= Globalstrahlung, K↑= solare Reflexstrahlung
4.5 Welche der folgenden Oberflächenbedeckungsarten weist im Mittel die größte Albedo auf?
4.6 Ordnen Sie die folgenden Oberflächen nach absteigender Albedo, von hoher Albedo (oben) nach geringer Albedo (unten):
Nadelwald
Neuschnee
Wasserfläche (bei hohem Sonnenstand)
Sandfläche
kurz geschnittene Wiese
4.7 Welche der folgenden Oberflächenbedeckungsarten absorbiert im Mittel den größten Anteil der einfallenden Sonnenstrahlung?
4.8 An allen diesen Wetterstationen werden Strahlungsflussdichten gemessen. Welche dieser Oberflächen absorbiert am wenigsten der Globalstrahlung? Nehmen Sie an, die Globalstrahlung ist an allen Standorten identisch.
4.9 Warum werden Böden meist heller wahrgenommen als Vegetation?
4.10 Infolge der Klimaerwärmung verändert sich in grossen Bereichen der Arktis die Vegetationszusammensetzung. Anstatt einjähriger Gräser etablieren sich zunehmend Büsche und kleine Bäume, die höher wachsen. Dies wird "Arctic Greening" genannt. Was ist eine Auswirkung dieser Veränderung auf die Strahlungsbilanz der Erdoberfläche?
4.11 Global gesehen, in welchen geographischen Breiten finden wir generell die grösste saisonale Veränderung der Albedo der Erdoberflächen?
4.12 Wie können wir die absorbierte Strahlungsflussdichte einer Landoberfläche korrekt beschreiben?
K↓= Globalstrahlung, K↑= Reflexstrahlung, α = Albedo
4.13 Ordnen Sie die folgenden Landoberflächen nach absteigender Absorptivität, von hoher Absorption (oben) nach geringer Absorption (unten):
a) Neuschnee
b) Rasenfläche
c) Nadelwald
d) Sandfläche
e) Laubwald
Laubwald
Rasenfläche
4.14 Wie können wir solare Reflexstrahlung einer Erdoberfläche korrekt beschreiben?
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