METEOROLOGIE
Tobias Grundmann
Atmosphäre
- Aufbau der Atmosphäre
- Zusammensetzung der Luft
Schichtung der Atmosphäre
Ausdehnung der Troposphäre
Die ICAO-Standard-Atmosphäre
| Druck auf MSL | 1013,25 hPa |
|---|---|
| Temperaturabnahme in der Troposphäre | 0,65 °C / 100 m |
| Temperatur auf MSL | 15 °C |
| Dichte auf MSL | 1,225 kg/m3 |
| Feuchtigkeit / H2O | 0 rel. % |
| Höhe der Tropopause | 11 km |
| Temperatur der Tropopause | -56,5 °C |
| Schallgeschwindigkeit | 340 m/s |
Entspricht ca. den Bedingungen auf 40°N im Sommer
Strahlungsbilanz der Erde
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Zusammensetzung von Luft
Bestandteile trockener Luft
Physikalische Grundlagen
Gesetz von Boyle-Mariotte: Volumen und Druck
Video:North Carolina School of Science and Mathematics. NCSSMDistanceEd, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons
Gesetz von Gay-Lussac: Volumen und Temperatur
Luftdruck und Wärme
- Druck = Kraft pro Fläche
- Erwärmte Luft dehnt sich aus
- Der Druck sinkt
Luftdruck, Volumen und Wärme
Luftdruck und Höhe
Faustformel: Bei 5500m Höhendifferenz halbiert sich der Druck
Auf MSL: 1hPa ≈ 8m, auf 5500m 1hPa ≈ 16m
Höhe: Maßeinheiten
- Meter m
- Kilometer km
- Fuß ft, 1 ft = 0,3048 m, 1 m = 3,2808 ft
- ft in m: Durch drei, minus 10%
- m in ft: Mal drei, plus 10%
Luftdruck und Höhe
Wärmetransport
- Konduktion
- Konvektion
- Strahlung
- Latent
Wasser: Zustandsübergänge
Luftfeuchtigkeit
- Absolute Luftfeuchtigkeit
- Wassermasse pro Luftvolumen
- Maximale Luftfeuchtigkeit
- Maximum Wassermasse pro Volumen
- Relative Luftfeuchtigkeit
- Prozentualer Anteil Wassermasse vom Maximum
- Sättigung
- 100% relative Luftfeuchtigkeit
- Taupunkt
- Temperatur bei der Sättigung erreicht wird
Maximale Luftfeuchtigkeit
Adiabatische Zustandsänderung
Definition: Zustandsänderung ohne Austausch von Wärme mit der Umgebung
- Trockenadiabatisch
- Ohne Kondensation
- Feuchtadiabatisch
- Mit Kondensation
Temperatur und Höhe
| Art | Abnahme pro 100m |
|---|---|
| Trockenadiabatisch | 1°C |
| ICAO ISA | 0,65°C |
| Feuchtadiabatisch | variabel von ca. 0,4°C bis fast trockenadiabatisch |
| Feuchtadiabatisch in mittleren Breiten | 0,6°C |
Taupunkt und Kondensation
Stabilität
Stabil
Labil
Stabile vs. labile Atmosphäre
Thermische Zustände der Atmosphäre
Inversion
Inversion
Absinkinversion
Bodeninversion
- Boden kühlt aus
- Kaltluftseen
- Bodennebel
Globale Zirkulation
Strahlung pro Fläche
Druck am Pol und am Äquator
Globale Zirkulation ohne Erdrotation
Corioliskraft in Nord-Süd-Richtung (meridional)
Corioliskraft in Ost-West-Richtung (zonal)
Coriolis- und Gradientenkraft
Wind und Druckgürtel
Globale Zirkulationszellen
Frontensysteme
- Entstehung und Durchzug eines Tiefdruckgebiets
- Wetterkarte
- Warmfront / Kaltfront / Okklusion
- Wettererscheinungen
13.02.2020 Durchzug einer Zyklone (Tiefdruckgebiet)
Durchzug einer Zyklone
Entwicklungsstadien einer Zyklone
- Entstehung (Zyklogenese)
- Reifestadium
- Auflösung
Der polare Jetstream
Rossby Wellen
Der polare Jetstream
Zyklogenese
Zyklogenese
Zyklogenese
Zyklogenese
Zyklogenese
Wellenbildung
Zyklogenese
Ohne Erdrotation keine dynamischen Tiefs bzw. Hochs
Zyklogenese
(vereinfachtes) Modell nach Bjerknes von 1918
- Druckunterschiede an Trog und Rücken
- Durch unterschiedliche Temperaturen hervorgerufene Druckunterschiede
- Divergenzen und Konvergenzen in der Höhe und am Boden
- Gradientenkraft vs. Corioliskraft
Zyklonen: Strömungen
Idealzyklone in der Bodenwetterkarte
- Die Frontsymbole markieren die Luftmassengrenzen am Boden
- Die Grenzen sind nicht senkrecht, insbesondere nicht bei der Warmfront
- Die Isobaren sind auf Meereshöhe normalisiert. Werte in Hektopascal (hPa)
Warmfront
Warmsektor
Kaltfront
Anzeichen einer heranrückenden Kaltfront
- Altocumulus, Altocumulus castellani
- In Tälern manchmal schwer von Thermikwolken unterscheidbar
Eine Kaltfront kann ohne Vorboten aufziehen!
Okklusion
- Die Kaltfront ist schneller als die Warmfront
- Die Kaltfront vereinigt sich mit der Warmfront
- Der Warmsektor wird angehoben
Okklusion
Rückseite
- Kalte, thermisch aktive Luft
- Teilweise noch recht kräftiger Wind
- Manchmal Schauer
- Häufig gutes Streckenwetter im Flachland
- Später Zwischenhoch oder Hoch
Idealzyklone im Querschnitt
| Rückseite | Kaltfront | Vor KF | Warmsektor | Warmfront | Vor WF | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Luftdruck | steigend | Minimum | fallend | konstant | fallend | konstant |
| Temperatur | fallend | stark fallend | Maximum | konstant | steigend | konstant |
| Wind | NW fallend | auf N Maximum | auf S steigend | SW konstant | W | S bis O |
| Sicht | ausgezeichnet | schlecht | gut bis mäßig | mäßig | schlecht, Dunst, Nebel | außerhalb Niderschlag gut |
Nicht-so-ideale-Zyklone
Sturm Dennis/Viktoria
Stratus
Cumulus
Nimbus
Cirrus
Nimbostratus
Cumulonimbus
Lenticularis
Zusammenfassung Frontensysteme / Zyklonen
- Zyklogenese
- Bodenwetterkarte
- Kaltfront
- Warmfront
- Okklusion
- Wettererscheinungen
Im Internet (speziell Frontensysteme)
Thermik
Die Albedo
Thermik
Thermik
Thermik
Thermik
Thermik
Thermik
Thermik
Thermik
Thermik
Thermik
Thermik
Wind
Die Windrichtung
Windsymbole
Windstärke
- Knoten (1 Seemeile pro Stunde): 1 kn = 1,852 km/h
- Meter pro Sekunde: 1 m/s = 3,6 km/h
- Kilometer pro Stunde
- Beaufort (Bft)
- kn in km/h: Mal zwei, minus 10%
- m/s in km/h: Mal vier, minus 10%
Beaufortskala
| Bft | m/s | km/h | ||
|---|---|---|---|---|
| 0 | Windstille | 0 - 0,2 | < 1 | Rauch steigt senkrecht auf |
| 1 | leiser Zug | 0,3 - 1,5 | 1 - 5 | Windrichtung angezeigt durch den Zug des Rauches |
| 2 | leichte Brise | 1,6 - 3,3 | 6 - 11 | Wind im Gesicht spürbar, Blätter und Windfahnen bewegen sich |
| 3 | schwache Brise schwacher Wind | 3,4 - 5,4 | 12 - 19 | Wind bewegt dünne Zweige und streckt Wimpel |
| 4 | mäßige Brise mäßiger Wind | 5,5 - 7,9 | 20 - 28 | Wind bewegt Zweige und dünnere Äste, hebt Staub und loses Papier |
| 5 | frische Brise frischer Wind | 8,0 - 10,7 | 29 - 38 | kleine Laubbäume beginnen zu schwanken, Schaumkronen bilden sich auf Seen |
| 6 | starker Wind | 10,8 - 13,8 | 39 - 49 | starke Äste schwanken, Regenschirme sind nur schwer zu halten, Telegrafenleitungen pfeifen im Wind |
Luv und Lee
Windeffekte und Windsysteme
- Leeturbulenz
- Tal- und Bergwind
- Talwindsystem
- See- und Landwind
- Dynamischer Hangaufwind
- Windgradient
- Windscherung
- Dustdevil
- Föhn
Lee
Talwind
Bergwind
Energie pro Fläche
Luftmassenunterschiede
Talwindsystem
Talwind: Gefahren
Talwind: Gefahren
Seewind
Seewind
Seewind
Landwind
Hangaufwind
Hangaufwind
Horizontale Kompression
Windgradient
Windgradient
Windgradient
Windscherung
Änderung der Windrichtung über die Höhe
Dust Devil
Föhn
Föhn
Föhn
Föhn
Nordföhn
Südföhn
Südföhn
Südföhn
Seichter Föhn
Föhndiagramm
Föhn: Wetterlage
Ostlagen
Ostlagen
- Leitplankeneffekt im Gebirge
- Nachmittags Leethermik
- Wechselnde Winde (Talwind vs. Ostwind)
- Ruppige Thermik (trockene Böden erwärmen sich schneller)
- Höhenwinde werden nach unten transportiert
- Einschätzung schwierig
Wetterbesonderheiten im Gebirge
- Turbulenzen
- Wettersturz
- Kaltluftausflüsse
- Frontmodifikationen
- Thermische Entwicklung
- Talwind
- Gletscherwind
Gewitter
Gewitterarten / Ursachen
- Orographische Gewitter
- Frontgewitter
- Wärmegewitter
- Konvergenzgewitter
Gewitter: Aufbaustadium
Gewitter: Reifestadium
Gewitter: Auflösungsstadium
Multizellengewitter
Frontgewitter
Gewitter: Gefahren
Literatur
- Fleisch, Norbert: Gesamtwerk Paragliding - Band 1 - Meteorologie. Papillon Paragliding
- Gösta H. Liljequist: Allgemeine Meteorologie, Fried. Vieweg+Sohn. Braunschweig
- Hack, Karl Heinz: Meteorologie für Piloten, Eigenverlag
- Frey, Roger P.: Donnerwetter - Flugmeteorologie von A bis Z. Books on Demand GmbH
- Backyard Meteorology: The Science of Weather https://www.edx.org/course/backyard-meteorology-the-science-of-weather (Online Kurs)
Autor: Tobias Grundmann
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