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Der '''Luftdruck''' an einem beliebigen Ort der ist der hydrostatische Druck der Luft, der an diesem Ort herrscht. Dieser Druck entsteht (veranschaulicht) durch die Gewichtskraft der , die auf der Erdoberfläche oder einem steht. Der mittlere Luftdruck der Atmosphäre (der ?atmosphärische Druck?) auf Meereshöhe beträgt 101 325 Pa = 101,325 kPa = 1 013,25 hPa ? 1 bar.

Überblick

Die Erdatmosphäre hat eine Masse von rund 5 · 1018 kg, auf jedem Quadratmeter der Erdoberfläche (circa 5 · 108 km2 beziehungsweise 5 · 1014 m2) lasten also etwa 10.000 kg. Der Druck (?Kraft pro Fläche?) beträgt auf circa 105 N/m2. Beim Aufstieg in höhere Lagen lässt man einen Teil der Luftsäule unter sich ? noch dazu den mit der größeren Luftdichte, denn die Dichte nimmt, wie der Luftdruck, mit zunehmender Höhe ab. Somit wirkt die Gewichtskraft einer geringeren Luftmasse, der Luftdruck nimmt also in der Weise ab, wie es die beschreibt.

Die Masse der Luftsäule (bei mittlerem Luftdruck) entspricht recht genau derjenigen einer zehn Meter hohen Wassersäule. Wer also auf Meereshöhe 10 m tief in Süßwasser taucht, bewirkt dadurch in seiner Lunge das Doppelte des Luftdrucks, also etwa 2 bar. Die Druckzunahme verläuft in diesem Tauch-Beispiel linear, das heißt in doppelter Tiefe (3 bar) kam der doppelte Wasserdruck dazu, da Wasser im Gegensatz zur Luft annähernd inkompressibel ist.

Der Mensch hat kein Sinnesorgan zur Wahrnehmung von Luftdruck. Lediglich schnelle und ausreichend starke Luftdruckschwankungen (Aufzug, Seilbahn, Tunneldurchfahrt, Flugzeugstart/-landung) können als Druckgefühl im Ohr wahrgenommen werden, wenn der Belüftungskanal des Mittelohres, die , während der Druckänderung geschlossen bleibt. Besteht eine Druckdifferenz zwischen Mittelohr und Umgebung, dann wird diese ausgeglichen, sobald sich die Eustachi-Röhre öffnet (kann z. B. durch Kauen und Schlucken provoziert werden).

Das Gewicht der Luft, die ein Körper verdrängt, bewirkt den statischen Auftrieb, daher weicht der von der tatsächlichen Masse ab. Bei der präzisen Bestimmung einer Masse mit Hilfe einer Waage muss das berücksichtigt werden. Das Gewicht der verdrängten Luft und damit auch der Auftrieb hängen vom Luftdruck ab.

Einheiten

Die international verwendete Einheit (SI-Einheit) des Luftdrucks ist das ''Pascal'' (Einheitenzeichen Pa) oder die in Deutschland und Österreich gesetzlich ebenfalls zulässige Einheit ''Bar'' (Einheitenzeichen bar, 1 bar = 105 Pa). Das exakt ganzzahlige dekadische Werteverhältnis der SI-Einheit Pascal und der Nicht-SI-Einheit bar ergibt sich dadurch, dass beide über SI-Einheiten definiert sind.
Statt in der unpassend kleinen Einheit Pascal wird der Luftdruck meistens mit dem Hekto in Hektopascal (hPa) angegeben, auf Meereshöhe rund 1000 hPa, oder mit gleichem Zahlenwert in Millibar (mbar).

Die zur Messung des Luftdrucks verwendeten Barometer zeigen oft noch veraltete Einheiten. Insbesondere bei Quecksilberbarometern ist lediglich eine Millimeterskala angebracht, um den Luftdruck in Torr zu ermitteln (1 Torr entspricht 1 mm Quecksilbersäule). Der Normdruck von 1013,25 hPa ist gleich 760 Torr.

Eine andere Einheit im Kontext des Luftdrucks ist die ''Atmosphäre,'' wobei diese alten Einheiten wie , : Atmosphäre Absolutdruck, Atmosphäre Überdruck oder Atmosphäre Unterdruck nach dem Einheitenrecht nicht mehr zulässig sind.

Variabilität und Extremwerte

Der mittlere Luftdruck der Erdatmosphäre beträgt auf 1013,25 hPa und ist damit Teil der Normalbedingungen sowie vieler Standardbedingungen.

Abnahme mit der Höhe

Der Luftdruck nimmt mit der Höhe ab ? in Meereshöhe um etwa 1 hPa je 8 Meter. Eine exakte mathematische Beschreibung des Druckverlaufs ist wegen der Wetterdynamik und anderen Einflussfaktoren nicht möglich. Bei einer (15 °C auf Meereshöhe mit p0=101.325 Pa) kann der Luftdruck p für die Höhe über dem Meer H und mit H0=8435 m über die angenähert werden. Für eine Dichte der Luft bei 0 °C (ebenfalls auf Meereshöhe) ergibt sich H0=7990m?8km. Die Exponentialfunktion

<math>p(H) \approx p_0 \cdot \mathrm{exp}\left(\frac{-H}{H_0}\,\right) \,</math>

ergibt deshalb nur eine Annäherung an die wirklichen Luftdruckverhältnisse. Sie geht von der (falschen) Voraussetzung aus, dass die Temperatur bei Änderung der Höhe konstant bleibt, berücksichtigt nicht die Abnahme der Schwerebeschleunigung mit der Höhe und unterstellt eine konstante Zusammensetzung der Luft. Trotzdem erlauben barometrische , die diese Formel benutzen, bei stabiler Wetterlage innerhalb einiger Stunden und über einige hundert Höhenmeter eine Höhenangabe mit einer Genauigkeit von ± 10 m. Aus dieser vereinfachten Formel ergibt sich die Faustregel ?Abnahme um 1 % alle 80 m bzw. um 10 % alle 840 m? und der folgende Luftdruck:

{| class="wikitable" style="float:left; margin-right:1em;"
! Höhe !! Luftdruck
<small>(Vergleich zu
0 m Höhe)</small> !! Luftdruck
|- style="text-align:right"
| ?425 m
<small>Totes Meer</small> || 105,6 % || 1070,1 hPa
|- style="text-align:right"
| ?300 m || 103,9 % || 1053,0 hPa
|- style="text-align:right"
| ?200 m || 102,6 % || 1039,6 hPa
|- style="text-align:right"
| ?100 m || 101,3 % || 1026,3 hPa
|- style="text-align:right"
| 0 m || 100 % || 1013,25 hPa
|- style="text-align:right"
| 100 m || 98,7 % ||1000,3 hPa
|- style="text-align:right"
| 200 m || 97,5 % ||987,6 hPa
|- style="text-align:right"
| 300 m ||96,2 % ||975,0 hPa
|- style="text-align:right"
| 400 m ||95,0 % ||962,5 hPa
|- style="text-align:right"
| 500 m ||93,8 % || 950,3 hPa
|- style="text-align:right"
| 600 m ||92,6 % || 938,1 hPa
|- style="text-align:right"
| 700 m ||91,4 % || 926,2 hPa
|- style="text-align:right"
| 800 m || 90,2 % || 914,4 hPa
|- style="text-align:right"
| 900 m || 89,1 % || 902,7 hPa
|- style="text-align:right"
| 1000 m || 88,0 % || 891,2 hPa
|- style="text-align:right"
| 1500 m || 82,5 % || 835,8 hPa
|- style="text-align:right"
| 2000 m || 77,4 % || 783,8 hPa
|- style="text-align:right"
| 2241 m || 75 % || 759,9 hPa
|- style="text-align:right"
| 2500 m || 72,5 % || 735,1 hPa
|- style="text-align:right"
| 2962 m
<small>Zugspitze</small> || 68,4 % || 692,80 hPa
|- style="text-align:right"
| 3000 m ||68,0 % || 689,4 hPa
|- style="text-align:right"
| 3500 m ||63,8 % || 646,5 hPa
|- style="text-align:right"
| 3798 m
<small></small> || 61,4 % || 622,8 hPa
|- style="text-align:right"
| 4000 m ||59,8 % || 606,3 hPa
|- style="text-align:right"
| 4810 m
<small>Mont Blanc</small> || 53,9 % || 546,52 hPa
|- style="text-align:right"
| 5000 m || 52,6 % || 533,3 hPa
|- style="text-align:right"
| 5400 m || 50 % || 506,6 hPa
|- style="text-align:right"
| 6000 m || 46,3 % || 469,0 hPa
|- style="text-align:right"
| 7000 m || 40,7 % || 412,5 hPa
|- style="text-align:right"
| 8000 m || 35,8 % || 362,8 hPa
|- style="text-align:right"
| 8848 m
<small>Mount Everest</small> || 32,1 % || 325,4 hPa
|- style="text-align:right"
| 10 km || 27,7 % || 280,7 hPa
|- style="text-align:right"
|13 km
<small></small> || 18,9 % || 191,0 hPa
|- style="text-align:right"
|17,9 km || 10 % || 101,3 hPa
|- style="text-align:right"
|20 km ||7,7 % || 77,8 hPa
|- style="text-align:right"
|35,9 km
<small>Radiosonden</small>
| 1 % || 10,1 hPa
|- style="text-align:right"
|50 km ||0,16 % || 165 Pa
|- style="text-align:right"
|100 km
<small>Grenze zum Weltraum</small> || 0,00027 % || 0,27 Pa
|}
<div style="clear:both;"></div>

Tagesgang

Der Luftdruck ist einer täglich wiederkehrenden Periodik unterworfen, die zwei Maximal- und zwei Minimalwerte pro Tag aufweist. Er wird durch die täglichen Schwankungen der Lufttemperatur angeregt, wodurch sich ein stärkerer 12-Stunden-Rhythmus (als semicircadian bezeichnet) und ein schwächerer 24-Stunden-Rhythmus (circadian) zeigen. Die Maxima finden sich gegen 10 und 22 Uhr, die Minima gegen 4 und 16 Uhr (Ortszeit). Die Amplituden sind breitengradabhängig. In nähe liegen die Schwankungen bei Werten bis zu 5 hPa. In den mittleren Breiten liegen die Schwankungen, aufgrund der größeren Corioliskraft (als der Schwingung), bei etwa 0,5 bis 1 hPa. Die Kenntnis des örtlichen Tagesganges des Luftdrucks erhöht die Aussagekraft eines Barogramms zur Einschätzung des Wettergeschehens, insbesondere in tropischen Gebieten. Direkt zu beobachten ist der Tagesgang in der Regel jedoch nicht, da er von dynamischen Luftdruckschwankungen überlagert wird. Nur bei hinreichend genauer Messapparatur und stabilen Hochdruckwetterlagen ist es möglich, diese Schwankungen ungestört zu beobachten.

Jahresgang

Der langjährig gemittelte Jahresgang des Luftdrucks zeigt eine geringe, aber auch vergleichsweise komplexe Schwankung zwischen den einzelnen Monaten. In Mitteleuropa zeigen sich ein Minimum im April, verantwortlich für den Begriff des Aprilwetters, und vergleichsweise hohe Werte für Mai und September (Altweibersommer).

Hintergrundrauschen

Im Hintergrundrauschen finden sich schwache Überlagerungen des Luftdrucks, mit typisch sehr niedriger Frequenz um 0,2 Hz und Amplituden kleiner als 1 Pascal. Solche Mikrobarome sind Folge von Wettererscheinungen oder stürmischer See. Auch das Bersten eines Meteors, der Knall eines Überschallflugs oder eine (Atom-)Bombenexplosion verursachen Druckwellen, die sehr weit entfernt noch detektiert werden können.

Luftdruck-Rekorde

Der historische globale Tiefstwert des Luftdrucks auf Meereshöhe beträgt 870 hPa (geschätzt, am 12. Oktober 1979 im Taifun Tip in der Nähe von Guam auf dem Nordwestpazifik).

Die höchsten bisher gemessenen und auf Meereshöhe reduzierten Luftdruckwerte wurden mit 1084,8 hPa in Tosontsengel (Mongolei, 1723 m ü. NN) am 19. Dezember 2001 für Stationen über 750 m und 1083,8 hPa am 31. Dezember 1968 am Agata-See (Sibirien, 66,88° N / 93,47° E, 262 m ü. NN) für Stationen unter 750 m erfasst.

Der höchste Luftdruck in Deutschland wurde mit 1060,8 hPa am 23. Januar 1907 in .

Der genannte Tief-Rekordwert von 870 hPa weicht um ?14,1 % vom Normdruck 1013,25 hPa ab, das Maximum von 1084,8 um +7,1 % nur halb so weit.

Experimente und Messung

Otto von Guericke konnte 1663 den Luftdruck mit den Magdeburger Halbkugeln nachweisen. Dabei handelte es sich um zwei dicht aneinander liegende halbe Hohlkugeln. Sobald die Luft zwischen den Hohlkugeln evakuiert worden war, konnten auch zwei entgegengesetzt ziehende Pferdegespanne diese nicht mehr voneinander trennen.

Ein anderes Experiment, das auch zur genauen Messung verwendet werden kann, ist ein einseitig verschlossenes und mehr als zehn Meter langes Glasrohr. Es wird zuerst horizontal in ein Wassergefäß gelegt, so dass die Luft entweicht. Richtet man es mit der Öffnung unter Wasser und der verschlossenen Seite nach oben auf, so stellt sich eine maximale Höhe ein, bis zu der sich der Wasserspiegel, durch den auf der umliegenden Wasseroberfläche lastenden Luftdruck, empor drücken lässt. Dieses sind etwa zehn Meter, bei hohem Luftdruck mehr, bei niedrigem Luftdruck weniger. Im Hohlraum befindet sich dann nur Wasserdampf mit dem Dampfdruck des Wassers, bei 20 °C etwa 23 hPa. Man bezeichnet dieses als ein . Evangelista Torricelli nutzte statt Wasser Quecksilber, welches bereits bei einer Höhe von 760 mm abreißt und zudem kaum verdampft. Ein anderes Instrument zur Luftdruckmessung nach diesem Prinzip ist das Goethe-Barometer.

Heute werden meistens Dosen-Barometer verwendet, die eine sogenannte Vidie-Dose oder einen Stapel derartiger Dosen enthalten. Dabei handelt es sich um einen dosenartigen Hohlkörper aus dünnem Blech, der mit einem Zeiger verbunden ist. Steigt der Luftdruck, so wird die Dose zusammengedrückt, der Zeiger bewegt sich. Damit die Messung unabhängig von der Temperatur ist, befindet sich in der Dose ein Vakuum, da sich darin befindliche Luft bei Erwärmung ausdehnen würde. Trotzdem gibt es temperaturabhängige Messfehler. Um diese klein zu halten, werden Legierungen mit einem geringen en verwendet.

Um von einem Flugzeug den möglichst unbeeinflussten (statischen) Umgebungsdruck zu messen, können eine Pitot-Sonde (Prandtlsonde) oder ? besonders für Eichzwecke ? ein von der Spitze des Leitwerks nachgezogener Schleppkegel oder eine nach unten abgesenkte Schleppbombe dienen.

<gallery>

</gallery>

Bedeutung

{| class="wikitable float-right"
|+ Luftdrucktendenz
|-
! style="width:20%; background:#B3B7FF;"| Symbol
! style="width:80%; background:#B3B7FF;"| Beschreibung
|-
|
| Steigend
|-
|
| Steigend, dann leicht fallend
|-
|
| Steigend, dann stabil
|-
|
| Leicht steigend, dann fallend
|-
|
| Stabil
|-
|
| Fallend
|-
|
| Fallend, dann leicht steigend
|-
|
| Fallend, dann stabil
|-
|
| Leicht fallend oder stabil, dann steigend
|}

Meteorologie

Regionale Schwankungen des Luftdruckes sind maßgeblich an der Entstehung des Wetters beteiligt, weshalb der Luftdruck in Form von Isobaren auch das wichtigste Element in Wetterkarten darstellt. Für die Wettervorhersage von Bedeutung ist der Luftdruck auf einer fest definierten Höhe in der Erdatmosphäre, die so gewählt ist, dass keine Störungen des Drucks durch Gebäude oder kleinräumige Geländeformen zu erwarten sind, also ohne eine Beeinträchtigung durch Reibung des Luftstromes am Boden in der sogenannten . Eine Messung, die sich auf die Höhe der Erdoberfläche über Meereshöhe bezieht (sogenannter absoluter Luftdruck), würde in die Fläche übertragen eher die Topografie des Geländes als die tatsächlichen Schwankungen des Luftdrucks wiedergeben. Um dieses auszugleichen und die Werte damit vergleichbar zu machen, bedient man sich einer (sogenannter relativer Luftdruck).
Für das Wettergeschehen in Bodennähe sind vor allem die dortigen Unterschiede des Luftdrucks von Interesse. Sie führen zur Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten. Zwischen ihnen setzt aufgrund des Luftdruckgradienten der Wind als ein.

Luftfahrt

Der Luftdruck spielt in der Luftfahrt eine große Rolle, da die üblichen im Prinzip Barometer sind. Die Flughöhe des Luftfahrzeugs wird also über den dort herrschenden statischen Luftdruck nach der barometrischen Höhenformel bestimmt (siehe Luftdruckmessung in der Luftfahrt). Ein unerwartet niedriger örtlicher Luftdruck kann dem Piloten eine zu große Höhe vortäuschen und damit zu gefährlichem Niedrigflug verleiten (Merksatz: ?Von Hoch nach Tief geht schief?), daher muss vor und gegebenenfalls auch während eines Fluges der Höhenmesser auf den aktuell am Boden herrschenden Luftdruck eingestellt werden.

Ab einer bestimmten ''Übergangshöhe'' oder ''Transition Altitude'' (s. Hauptartikel ) werden alle Höhenmesser auf den Standarddruck von 1013,25 hPa eingestellt. Die Anzeige hat dann zwar keinen festen Bezug mehr zur tatsächlichen Flughöhe, aber da der absolute Messfehler für alle Luftfahrzeuge gleich groß ist, wird das Risiko von Kollisionen aufgrund unterschiedlicher Höhenanzeigen minimiert.

Folgende Luftdruckangaben finden in der Luftfahrt Verwendung:
  • QFE: der tatsächliche Luftdruck am Messort; ein auf QFE eingestellter Höhenmesser zeigt die Höhe über dem Messort an.
  • 0,65 °C/100 m); ein auf QNH eingestellter Höhenmesser zeigt die Höhe über Meeresspiegel an.
  • QFF: der rückgerechnete Luftdruck auf Meereshöhe unter Berücksichtigung von Ortshöhe, Luftfeuchte, Temperatur und weiterer Faktoren.

Auf Flugplätzen wird überwiegend der QNH-Wert verwendet, während in der Meteorologie der QFF-Wert verwendet wird, um Luftdruckwerte an verschiedenen Orten und Ortshöhen vergleichen zu können.

Schifffahrt

Der Luftdruck spielt in der Schifffahrt eine große Rolle, da rasche Luftdruckänderungen meistens schnelle Wetterveränderungen bewirken.

Ein rasches Fallen des Luftdrucks bedeutet in der Mehrzahl der Fälle Starkwind- oder Sturmgefahr. Die Bedeutung der Luftdruckabnahme pro Zeitraum für eine Windprognose ist jedoch breitengradabhängig. Fällt der Luftdruck in um mehr als 1 bis 2 Hektopascal in einer Stunde, folgt mit hoher Wahrscheinlichkeit Starkwind oder Sturm.

Starker Druckanstieg bedeutet nicht umgekehrt immer rasche Windabnahme.

Siedetemperatur von Wasser

Da der Luftdruck mit zunehmender Höhe abnimmt, verringert sich gemäß der kann gegensteuern, indem es je nach Konzentration die Siedetemperatur deutlich erhöhen kann.

{| class="wikitable" style="text-align:right"
|-
! Luftdruck !! Siedepunkt
|-
| 970 hPa || 98,785 °C
|-
| 980 hPa || 99,07 °C
|-
| 990 hPa || 99,345 °C
|-
| 1000 hPa || 99,62 °C
|-
| 1010 hPa || 99,895 °C
|-
| 1020 hPa || 100,19 °C
|-
| 1030 hPa || 100,465 °C
|-
| 1040 hPa || 100,76 °C
|-
| 1050 hPa || 101,035 °C
|}

Literatur

Weblinks

Einzelnachweise