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Über dieses Buch

Das Buch lässt sich in zwei Teile aufspalten. Der erste Teil beschäftigt sich mit einer detaillierten Darstellung moderner Methoden, die zur Beschreibung des momentanen atmosphärischen Zustands dienen. Hierzu gehören unterschiedliche Verfahren zur Datenerfassung, wie z. B. direkte Messungen an Wetterstationen, aber auch Fernerkundungsmethoden. Weitherhin erfolgt eine ausführliche Beschreibung von unterschiedlichen in der Praxis benutzten Wetterkarten, Darstellungen der Wolken- und Wetterklassifikationen nach Vorgaben der WMO (World Meteorological Organization) sowie der europäischen Großwetterlagen. Ein eigenes Kapitel widmet sich der Satelliten- und Radarmeteorologie. Dies geschieht vornehmlich anhand der vom europäischen Wettersatelliten METEOSAT (MSG) gewonnenen Daten und dem vom DWD errichteten Niederschlagsradarnetz.

Im zweiten Teil des Buchs erfolgt die Diskussion und Interpretation der mathematischen Gleichungssysteme. Begriffe wie geostrophischer Wind, Hydrostasie, Divergenz, Vorticity etc. werden eingeführt und anhand umfangreicher Wetterkartenbeispiele erörtert. Daran anschließend erfolgt eine eingehende Diskussion der wichtigsten atmosphärischen Prozesse auf der synoptischen Skala, wie beispielsweise Frontogenese, Zyklogenese, die quasigeostrophische Theorie und barokline Wellen. Abschließend widmet sich das Buch kleinräumigeren Wetterphänomenen wie der Bildung von Gewitterzellen, Konvergenzlinien, Nebel und speziellen Windsystemen (Föhn, katabatische Winde etc.).

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Einführung

Zusammenfassung
Meteorologie ist die Wissenschaft, die sich mit den in der Erdatmosphäre ablaufenden physikalischen und chemischen Vorgängen auseinandersetzt. Der Begriff “Meteorologie” ist auf das altgriechische Wort μϵτϵωρoλoγία (Lehre von den in der Luft schwebenden Dingen) zurückzuführen. Der Schwerpunkt meteorologischer Forschung liegt auf der Untersuchung physikalischer atmosphärischer Prozesse, während die Atmosphärenchemie erst in den letzten Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung gewonnen hat und daher ein sehr junges Forschungsgebiet der Meteorologie darstellt.
Andreas Bott

Chapter 2. Wetterbeobachtungen

Zusammenfassung
Zur Erstellung der für synoptische Betrachtungen notwendigen Wetteranalysekarten müssen die den atmosphärischen Zustand beschreibenden meteorologischen Größen, wie Temperatur, Luftfeuchte, Luftdruck, Windgeschwindigkeit und -richtung, an allen Punkten des dreidimensionalen atmosphärischen Raums zu einem bestimmten Zeitpunkt vorliegen. Wünschenswert wäre eine möglichst dichte globale Überdeckung mit Messdaten. Um dies zu ermöglichen, müssen zahlreiche Probleme gelöst werden.
Andreas Bott

Chapter 3. Mathematische Beschreibung atmosphärischer Prozesse

Zusammenfassung
Zum tieferen Verständnis der in der Atmosphäre ablaufenden thermohydrodynamischen Prozesse ist es unabdingbar, diese mit Hilfe mathematischer Gleichungen zu beschreiben. Erst hierdurch gelingt es, die vielfältigen Wechselwirkungen unterschiedlicher Vorgänge auf allen raumzeitlichen Skalen zu verstehen und letztendlich hieraus eine Abschätzung des momentanen und künftigen Wettergeschehens abzuleiten.
Andreas Bott

Chapter 4. Grundlagen der Dynamik und Thermodynamik

Zusammenfassung
Im vorangehenden Kapitel wurde das prognostische Gleichungssystem vorgestellt, das für die numerische Wettervorhersage herangezogen werden kann. Zusätzlich zu diesen Gleichungen existiert eine sehr große Anzahl mathematischer Beziehungen, die bei der Interpretation des atmosphärischen Zustands wertvolle Dienste leisten. Häufig handelt es sich hierbei um diagnostische Relationen, die einen dynamischen oder thermodynamischen Gleichgewichtszustand der Atmosphäre beschreiben.
Andreas Bott

Chapter 5. Kinematik horizontaler Strömungen

Zusammenfassung
Unter dem Begriff Kinematik versteht man die Lehre der räumlichen Bewegung von Punkten oder Körpern. Im Gegensatz zur Dynamik ist die Ursache der Bewegung, ausgedrückt durch die auf einen Körper wirkenden Kräfte, nicht Gegenstand der Untersuchungen. Von besonderem Interesse ist vielmehr die Charakterisierung der Eigenschaften eines vorliegenden Strömungsfelds.
Andreas Bott

Chapter 6. Die quasigeostrophische Theorie

Zusammenfassung
In der modernen numerischen Wettervorhersage wird das in Abschn. 3.4 vorgestellte Gleichungssystem diskretisiert und anschließend mit Hilfe geeigneter numerischer Verfahren integriert, um dadurch die zeitliche Entwicklung des atmosphärischen Zustands zu erhalten. Aufgrund der mittlerweile verfügbaren Computerkapazitäten können hierbei relativ kleine räumliche Gitterabstände und numerische Integrationszeitschritte gewählt werden, so dass es eigentlich nicht mehr notwendig ist, das Gleichungssystem zu vereinfachen, um meteorologisch uninteressante Wellenprozesse, die auch als meteorologischer Lärm bezeichnet werden, aus den Lösungen zu filtern. Die Komplexität des Gleichungssystems bringt es jedoch mit sich, dass es relativ schwer fällt, synoptisch-skalige atmosphärische Entwicklungsprozesse direkt aus den Gleichungen abzulesen.
Andreas Bott

Chapter 7. Die potentielle Vorticity

Zusammenfassung
Zur Beschreibung atmosphärischer Prozesse wird normalerweise eine große Anzahl von Analysekarten unterschiedlicher prognostischer Variablen, wie das Geopotential, die relative Feuchte, die Temperatur, das Windfeld etc., verwendet. Diese geben einen direkten Einblick in die Verteilungen der einzelnen Parameter und lassen sich dadurch relativ einfach auslegen. Neben diesen Karten ist es in der dynamischen Meteorologie auch üblich, die raumzeitlichen Entwicklungen der isentropen potentiellen Vorticity (IPV) zur Wetteranalyse heranzuziehen.
Andreas Bott

Chapter 8. Die globale Zirkulation

Zusammenfassung
Die von der Erde absorbierte solare Strahlungsenergie stellt den Antrieb aller Bewegungen in der Atmosphäre, aber auch in den Ozeanen dar. Durch die am Äquator maximale Sonneneinstrahlung entsteht dort ein Energieüberschuss, während an den Polen wegen der dort minimalen Sonneneinstrahlung ein Energiedefizit vorherrscht (s. z. B. Zdunkowski et al. 2007). Diese räumlich stark heterogene Energiezufuhr würde zu einer unrealistischen meridionalen Temperaturverteilung mit extrem warmen Äquatorbereichen und extrem kalten polaren Regionen führen, wenn nicht gleichzeitig ein meridionaler Energietransport vom Äquator zu den Polen hin stattfände.
Andreas Bott

Chapter 9. Rossby-Wellen

Zusammenfassung
Obwohl die innerhalb der atmosphärischen Grenzschicht ablaufenden Wettererscheinungen für den Menschen naturgemäß von größter Relevanz sind, ist es unerlässlich, sich auch mit den in der freien Troposphäre stattfindenden thermo-hydrodynamischen Prozessen auseinanderzusetzen. Unter freier Troposphäre (oder auch freier Atmosphäre) wird hierbei der Bereich zwischen der atmosphärischen Grenzschicht und der Tropopause verstanden, d. h. zwischen etwa 1500–9000 m Höhe bzw. 850–300 hPa (mittlere Breiten). In den vorangehenden Kapiteln wurde bereits an mehreren Stellen deutlich, dass das Verständnis atmosphärischer Prozesse praktisch immer eine dreidimensionale Betrachtungsweise erfordert.
Andreas Bott

Chapter 10. Zyklonen und Antizyklonen

Zusammenfassung
Das Wettergeschehen in Mitteleuropa wird sehr häufig von Zyklonen und Antizyklonen sowie den damit verbundenen Frontensystemen geprägt. Aus dem atlantischen Raum kommend, verlagern sich die Druckgebilde auf das europäische Festland und verursachen hier die für die mittleren Breiten typischen starken Fluktuationen des Wettergeschehens. Der britische Marineoffizier und Meteorologe Robert FitzRoy, der als Begründer des Begriffs “Wettervorhersage” (“forecasting the weather”) angesehen wird, fasste in seinem Buch “The Weather Book: A Manual of Practical Meteorology” seine wissenschaftlichen Erkenntnisse über das Wetter zusammen (FitzRoy 1863).
Andreas Bott

Chapter 11. Fronten und Frontalzonen

Zusammenfassung
Der tägliche Wetterablauf mittlerer Breiten wird in starkem Maße durch die Bildung und Verlagerung von Zyklonen und Antizyklonen geprägt. Die dabei entstehenden Kalt- und Warmfronten bringen häufig vielfältige und intensive Wettererscheinungen mit sich. Ein außerordentlich wichtiges Anliegen der Wetteranalyse und -prognose besteht daher darin, die momentanen Positionen, Verlagerungsgeschwindigkeiten und -richtungen von Fronten zu ermitteln.
Andreas Bott

Chapter 12. Mesoskalige meteorologische Prozesse

Zusammenfassung
In den vorangehenden Kapiteln lag der Schwerpunkt auf dem Studium atmosphärischer Vorgänge, die auf der synoptischen oder planetaren Skala ablaufen. Zur mathematischen Beschreibung dieser Phänomene erwiesen sich die quasigeostrophische Theorie und das PV-Denken als sehr nützliche Hilfsmittel. Aber auch auf der sub-synoptischen Skala finden ständig die vielfältigsten thermo-hydrodynamischen Prozesse statt, die das augenblickliche Wettergeschehen mitunter entscheidend prägen.
Andreas Bott

Backmatter

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