Vertikale Struktur der Atmosphäre
Die Erdatmosphäre wird in mehrere Schichten untergliedert, basierend auf dem vertikalen Temperaturverlauf.
Quelle: ICAO Doc 7488 Manual of the ICAO Standard Atmosphere (3. Aufl.); WMO; NASA.
Die Schichten — von der Erdoberfläche aufwärts
| Schicht | Höhenbereich | Temperaturverlauf | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| Troposphäre | 0 — ca. 8–18 km | Temperatur fällt mit Höhe (ca. 0,65 °C/100 m) | Hier findet das Wetter statt |
| Stratosphäre | bis ca. 50 km | Temperatur steigt mit Höhe (Ozonschicht-Absorption von UV) | Stabile Schicht — Verkehrsflugzeuge fliegen knapp darunter oder in der unteren Strat. |
| Mesosphäre | bis ca. 85 km | Temperatur fällt wieder | Meteorit-Eintritt-Schicht |
| Thermosphäre | bis ca. 600 km | Temperatur steigt sehr stark (Sonnenstrahlungs-Absorption) | Beinhaltet die Ionosphäre — wichtig für Funk-Ausbreitung |
| (Exosphäre) | > 600 km | Übergang ins All | — |
In aufsteigender Reihenfolge von der Oberfläche: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre (in Luftfahrt-Kontexten oft mit der Ionosphäre gleichgesetzt) ("the Earth's atmosphere, in ascending order from the surface, is subdivided into the troposphere, stratosphere, mesosphere, and thermosphere (often equated with the ionosphere in aviation contexts)").
Troposphäre — die "Wetter-Schicht"
Die meisten Wetterphänomene treten in der Troposphäre auf ("most weather phenomena occur in the Troposphere"). Eigenschaften:
- Temperatur fällt mit zunehmender Höhe (Lapse Rate ca. 0,65 °C/100 m).
- Enthält 80 % der atmosphärischen Masse und 99 % des Wasserdampfs.
- Vertikale Konvektion und Mischung sind hier möglich → Wolken, Niederschlag, Wind.
- Höhe variiert: am Pol ca. 7-9 km, am Äquator ca. 16-18 km.
Tropopause — die Grenze
Die Tropopause ist die Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre, gekennzeichnet durch Temperaturkonstanz (Isothermie) oder leichten Temperaturanstieg (Inversion).
An der Tropopause sind immer Inversions- oder isothermische Schichten zu finden ("inversion or isothermal layers can always be found at the tropopause") — sie ist eine Sperrschicht für vertikale Bewegung.
Die Höhe der Tropopause ändert sich mit Jahreszeit und geographischer Breite ("the height of the tropopause changes with seasons and the geographic latitude"):
- Sommer und niedrige Breiten (Äquator): höher (bis 18 km).
- Winter und hohe Breiten (Pol): tiefer (bis 7-9 km).
- ISA-Wert: 11.000 m (= ~36.090 ft).
Stratosphäre
- Temperatur steigt mit Höhe (von ca. -56,5 °C an der Tropopause bis ca. 0 °C in 50 km).
- Ursache: Ozonschicht (ca. 15-35 km) absorbiert UV-Strahlung und erwärmt die Luft.
- Sehr stabile Schicht — kaum vertikale Bewegung → keine Wetterphänomene wie in der Troposphäre.
- Verkehrsflugzeuge fliegen meist knapp unterhalb (FL340-FL400) oder in der unteren Stratosphäre (Concorde flog in 18-20 km).
Mesosphäre
- Temperatur fällt wieder (bis -90 °C in 85 km).
- Hier verglühen die meisten Meteoriten.
- Höhe oberhalb der zivilen Luftfahrt.
Thermosphäre und Ionosphäre
- Temperatur steigt sehr stark (bis +2000 °C in 600 km) durch direkte Sonnenstrahlung.
- Ionosphäre (Teil der Thermosphäre, 60-1000 km): durch Sonnenstrahlung ionisierte Schichten.
- Wichtig für Funknavigation: die Ionosphäre reflektiert HF- und MF-Wellen (Sky-Wave) → ermöglicht Langstrecken-Funk (siehe Subject 060 Funkwellen-Ausbreitung).
Manual of the ICAO Standard Atmosphere* (3. Aufl.); WMO; NASA Atmosphere Documentation; FAA-H-8083-25B PHAK Kap. 12.*