Skip to main content
main-content

Über dieses Buch

Wie Frank Schmidt in diesem Lehrbuch zeigt, ist Meteorologie noch mehr als ein Handwerk! Angesichts der großen Familie nationaler und größerräumiger Vorhersagemodelle mit Modulen und Parametern, offen für aktuelle Messungen, und angesichts des technologischen Fortschritts mit Radar- und Satellitenbeobachtung könnte man das fast vergessen haben.

Tatsächlich zeigt die Dynamik, das Herz der Modelle, bei sensiblen Abschätzungen und Feinabstimmungen solcher Modelle erstaunlich variierende Ergebnisse. Es existiert eine Vielfalt zu überdenkender Zusammenhänge und auszulotender Grenzen, und das selbst schon im Grundlegenden und Linearen. Das wird durch nichts so anschaulich dargestellt wie durch spektrale Methoden.

Zunächst werden grundlegende dynamische Gleichungen quasi axiomatisch gegeben und dann für verschiedene Größenordnungen der Bewegung dynamische Äquivalenzklassen definiert, die meteorologischen Modelle.

Kugelflächenfunktionen werden elementar als Polynome der sphärischen Polarkoordinaten eingeführt und die globalen dynamischen Operationen als Rekursionen dieser Polynome identifiziert. Damit wird die sphärische Symmetrie per definitionem respektiert, insbesondere auch eingebettet in den Torus oder mit regional erhöhter Auflösung. Angefangen bei diesen globalen Symmetrien gilt es auch zu arbeiten mit der vertikalen Struktur, mit Eigenschwingungen bei variierenden Modellen, Schichtungen, Randstrukturen und Anregungen. Bei Überlappung von Rossby- und Schwerewellen treten Instabilitäten auf. Adaptationen von Frequenzen ergeben sich auflösungsabhängig. Barokline Instabilität erscheint von der synoptischen Skala bis in kleinste Skalen fortgesetzt, soweit das Modell trägt.

Kaum bewusst gewordene Instabilitäten und unerwünschte Dämpfungen finden sich bei etablierten Zeititerationen, Defizite für Lorenz'sche "Klimaprognosen". Bekannte statistische Verfahren der Analyse entpuppen sich als Strukturen von aufregend vielfach überlagerten Mannigfaltigkeiten. Höchste Effizienz der Prognose wird elementar realisiert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Grundlegende Gleichungen und ihre Bilanzstruktur

Wetter ist eine kurzfristige Äußerung der Erdatmosphäre an einem bestimmten Ort. Diese Atmosphäre liegt als so dünne Luftschicht auf der Erdoberfläche, dass die höchsten Berge gerade mit einbezogen sind. Sie wird beschrieben durch eine Familie von Eigenschaften.

Frank Schmidt

Chapter 2. Übersicht über Größenordnungen, Wechselwirkungen und die Sondierung dynamischer Strukturen

Über die molekulare Skala haben wir oben den Mantel der Axiomatik geworfen. Strahlungsprozesse lassen wir außer Betracht. Dennoch sind es gleich oberhalb der molekularen Skala Aerosole, die bei der Tropfenbildung (10−7 − 3.10−3 m) innerhalb von Wolken mit aufsteigender Luft eine Rolle spielen.

Frank Schmidt

Chapter 3. Koordinaten

Wir haben gesehen, dass sich die thermodynamischen Gleichungen durch Mitführung des Beobachters mit dem Medium vereinfachen, dass nämlich entsprechend (1.1.16) bzw. (1.1.17) die konvektiven Transporte impliziter Teil der individuellen Ableitung nach der Zeit werden. Als Schritt in diese Richtung ist es auch sinnvoll, die Koordinaten mit der sich bewegenden Erde (also erdfest) mitzuführen.

Frank Schmidt

Chapter 4. Spezielle Modelle der Atmosphäre in mittleren Breiten

Wie schon aufgeworfen im 2. Kapitel wird sich hier die Skalenanalyse als qualifiziert erweisen, spezielle Größenordnungen der Bewegung so herauszuschälen, dass sie in einem konsistenten Modell dargestellt werden können. In Ergänzung zu Abb. 2.1.1 notieren wir in Abb. 4.1.1 typische Vertikal- HHL und Horizontalskalen HLL wesentlicher Wetter- oder Klimageschehnisse. Fortak (1971) und Orlanski (1975) charakterisierten die Wetterstrukturen durch ihre typischen horizontalen Abmessungen und ihre Zeitdauern.

Frank Schmidt

Chapter 5. Globale Strukturen und spektrale Dynamik

Das dynamische Geschehen in mittleren Breiten ist letzten Endes definiert durch einen thermischen Antrieb mit Wärmeüberschuss in niederen und Wärmemangel in polaren Breiten und den Transport zwischen diesen Regionen. Eine Zirkulation mit Aufsteigen in den Tropen, subtropischem Absinken usw. wird instabil in mittleren Breiten und hat als Restglied auch noch eine polare Zelle.

Frank Schmidt

Chapter 6. Wellen und Instabilitäten

Der elementarste Fall eines Gleichgewichtszustandes ist der der Ruhe, der relativ zur sich drehenden Erde definiert ist. Diese statische Atmosphäre ist bekanntlich nach Abschnitt 4.2 eine Lösung der dynamischen Gleichungen. Ihr kleine Störungen zu überlagern und deren Entwicklung zu studieren, steht sinnvoller Weise am Anfang der Betrachtungen.

Frank Schmidt

Chapter 7. Numerische Ansätze zur Lösung prognostischer Gleichungen

Ein wesentliches Anliegen der Meteorologie ist die Prognose des Wetters. Anders als im linearen Fall (6.9.7) kann man im Fall nichtlinearer Gleichungen wie (5.1.8) keine geschlossene Lösung angeben. Man vergleiche z. B. die umfangreiche mathematische Literatur zur Lösung der Navier-Stokes’schen Gleichungen.

Frank Schmidt

Chapter 8. Zur allgemeinen atmosphärischen Zirkulation

Dem Bestreben, eine Ordnung oder Übersicht für die komplexen (thermo-) dynamischen Strukturen zu bekommen, kommt die Tatsache zugute, dass sich die Drehung der Erde um sich selbst deutlich unterscheidet von ihrer Drehung um die Sonne. Wir haben einen anhaltend (fast) gleichen Sonnenstand in gleichen Breiten und folglich eine Anordnung der Klimazonen eher breiten- als längenabhängig. Ausnahmen sind Effekte durch Land-See-Kontraste, Nord-Süd-Barrieren wie die Anden-Rockies und auch der asiatische Monsun.

Frank Schmidt

Backmatter

Weitere Informationen

BranchenIndex Online

Die B2B-Firmensuche für Industrie und Wirtschaft: Kostenfrei in Firmenprofilen nach Lieferanten, Herstellern, Dienstleistern und Händlern recherchieren.

Whitepaper

- ANZEIGE -

Systemische Notwendigkeit zur Weiterentwicklung von Hybridnetzen

Die Entwicklung des mitteleuropäischen Energiesystems und insbesondere die Weiterentwicklung der Energieinfrastruktur sind konfrontiert mit einer stetig steigenden Diversität an Herausforderungen, aber auch mit einer zunehmenden Komplexität in den Lösungsoptionen. Vor diesem Hintergrund steht die Weiterentwicklung von Hybridnetzen symbolisch für das ganze sich in einer Umbruchsphase befindliche Energiesystem: denn der Notwendigkeit einer Schaffung und Bildung der Hybridnetze aus systemischer und volkswirtschaftlicher Perspektive steht sozusagen eine Komplexitätsfalle gegenüber, mit der die Branche in der Vergangenheit in dieser Intensität nicht konfrontiert war. Jetzt gratis downloaden!

Bildnachweise