Die Atmosphäre der Erde: eine Einführung in die Meteorologie
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2001
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|---|---|
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VII
Inhaltsverzeichnis
Vorwort.........................
XI
I.
Einige Grundlagen
1.
1 Erster Blick in die Atmosphäre.............. 1
1.2 Die Skalendenkweise................. 6
1.3 Die Teilgebiete der Meteorologie............. 12
1.4 Größen, Zahlenwerte, Einheiten.............. 14
II.
Die meteorologischen Elemente............. 17
11.1 Der Luftdruck...................... 17
II.
1.1 Zusammensetzung der Luft............... 17
II.
1.2 Die allgemeine Gasgleichung.............. 20
II.
1.3 Das Daltonsche Gesetz................. 21
II.
1.4 Die barometrische Höhenformel............. 22
II.
1.5 Die Druckmessung.................. 25
II.
1.6 Die Luftdruckverteilung an der Erdoberfläche........ 28
11.2 Die Windgeschwindigkeit................. 32
11.2.1 Definition...................... 32
11.2.2 Messung und Registrierung des Windes........... 34
11.2.3 Änderung von Größen mit den Feldkoordinaten........ 39
11.2.4 Der Transport einer spezifischen Eigenschaft......... 41
11.2.5 Die Begriffe Haushalt und Advektion........... 45
11.3 Die Temperatur..................... 48
11.3.1 Erste thermodynamische Begriffe............. 48
11.3.2 Die Hauptsätze der Thermodynamik............ 50
11.3.3 Thermodynamische Potentiale und spezifische Wärme..... 57
11.
3.4 Die Definition der Temperatur und ihrer Maßskalen...... 60
11.
3.5 Die Temperaturänderung eines Luftteilchens bei Vertikalbewegungen 62
11.3.6 Haushalt und Flußdichten „fühlbarer Wärme ......... 65
11.3.7 Die Temperaturmessung................ 69
11.4 Die Luftfeuchtigkeit................... 77
II.4.1 Die verschiedenen Feuchtemaße............. 77
11.4.1.1 Der Dampfdruck
e
............... 77
11.4.1.2 Die absolute Feuchte
a
.............. 87
11.4.1.3 Die spezifische Feuchte
q
............. 87
11.4.1.4 Das Mischungsverhältnis
m
............ 89
11.4.1.5 Die relative Feuchte
f
.............. 89
11.4.1.6 Der Taupunkt
τ
................. 90
11.4.1.7 Die virtuelle Temperatur Tv............ 90
VIII
Inhaltsverzeichnis
II.4.2
Der Wasserdampftransport............... 91
П.
4.3 Temperatur- und Feuchtefelder nahe am Erdboden....... 94
11.4.3.1 Die Energiebilanz an einer Oberfläche........ 94
11.4.3.2 Beispiele................... 96
II.4.4 Die Feuchtemessung.................. 101
11.4.4.1 Das Psychrometer................ 101
11.4.4.2 Andere Feuchte-Meßverfahren........... 105
11.5 Die Strahlung...................... 107
11.
5.1 Die Natur der meteorologisch wirksamen Strahlung...... 107
11.5.2 Die Strahlungsgesetze................. 110
11.5.2.1 Nomenklatur von Strahlungsgrößen......... 110
11.5.2.2 Das Plancksche Strahlungsgesetz.......... 111
11.
5.2.3 Das Wiensche Verschiebungsgesetz......... 114
11.5.2.4 Das Gesetz von Stefan-Boltzmann.......... 116
11.5.2.5 Das Kirchhoffsche Gesetz............. 118
11.5.3 Solare und terrestrische Strahlung............. 123
11.5.4 Phänomenologie der Strahlungsflußdichten......... 132
11.
5.5 Optische Erscheinungen in der Atmosphäre......... 147
11.6 Der Aufbau der Atmosphäre................ 154
11.6.1 Der vertikale Aufbau.................. 154
11.6.1.1 Einteilung nach dem Temperaturverlauf........ 154
11.6.1.2 Standard-Atmosphären.............. 162
11.
6.1.3 Zusatzbemerkungen zur vertikalen Struktur der Troposphäre 163
11.
6.2 Der horizontale Aufbau................. 166
III.
Thermodynamik und Wolken.............. 175
III.
1 Änderung meteorologischer Parameter bei adiabatischen Prozessen . 175
III.
1.1 Änderung der Feuchte beim trocken-adiabatischen Prozeß .... 175
III.
1.2 Der sättigungs-adiabatische Temperaturgradient........ 178
111.2 Temperaturschichtung und Stabilität............ 184
111.2.1 Ursachen für Vertikalbewegungen............. 184
111.2.2 Stabilitätskriterien................... 189
111.2.3 Bemerkungen zur Genauigkeit.............. 192
111.3 Beispiele zur Thermodynamik............... 194
111.4 Thermodynamische Diagrammpapiere............ 203
111.4.1 Das Stüve-Diagramm................. 203
111.4.2 Andere Diagrammpapiere................ 211
Inhaltsverzeichnis
IX
III.5 Phänomenologie..................... 214
111.5.1 Wolken...................... 214
111.5.2 Nebel....................... 218
ІИ.5.3
Niederschlag.................... 227
ΠΙ.5.3.1
Allgemeines................. 227
III.5.3.2 Hydrometeore................. 231
IV.
Dynamik der Atmosphäre................ 235
IV.l Kinematik....................... 237
IV.
1.1 Die Divergenz der Windgeschwindigkeit.......... 237
IV.
1.2 Rotation und Zirkulation................ 242
IV.
1.3 Stromlinien und Trajektorien............... 251
IV.2 Die Bewegungsgleichung................. 259
IV.2.1 Die Newtonschen Axiome................ 259
IV.2.2 Die wirksamen Kräfte................. 260
IV.2.3 Die
Navier-
Stokes-Gleichung.............. 270
IV.2.4 Skalenanalyse.................... 272
IV.3 Zweidimensionale Windsysteme............... 276
IV.3.1 Eine einfache zweidimensionale Bewegungsgleichung..... 276
IV.3.2 Der geostrophische Wind................ 279
IV.3.3 Der Gradientwind................... 280
IV.3.4 Der zyklostrophische Wind............... 284
IV.3.5 Der Trägheitskreis.................. 286
IV.3.6 Der Einfluß der Reibung................ 291
V.
Synoptische Meteorologie................ 299
V.l Allgemeines zur Synoptik.................. 299
V.
1.1 Definition, wissenschaftliche und technische Grundlagen, Geschichte 299
V.l.2 Darstellung der synoptischen Felder............ 304
V.1.3 Thermische Verknüpfung von Boden-und Höhen Wetterkarten . . 312
V.l.4 Barotrope und barokline Felder.............. 319
V.2 Die synoptischen Systeme mittlerer Breiten........... 321
V.2.1 Phänomene in verschiedenen Skalen............ 321
V.2.2 Fronten...................... 333
V.2.2
Л
Begriffe, Skalen, Beobachtungen.......... 333
V.2.2.2 Die Polarfront-Theorie.............. 337
V.2.2.3 Übergang zur Feld-Theorie............ 343
V.2.2.4 Die Feld-Theorie................ 348
V.2.2.5 Fronten in unterschiedlichen Skalen......... 359
Inhaltsverzeichnis
VI.
Klimatologie
...................... 364
VI.l Die Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre
(AZA)
....... 364
VI.1.1 Definition der
AZA
.................. 364
VI.
1.2 Grundlagen zum Verständnis der
AZA
........... 368
VI.
1.2.1 Die
différentielle
Erwärmung des Systems Erde-Atmosphäre 368
VI.
1.2.2 Die Erhaltung des Drehimpulses des Systems Erde-Atmosph. 372
VI.1.3 Die Flußdichten................... 379
VI.
1.4 Konzeptionelles Bild der
AZA
.............. 384
VI.
1.5 Die Geschichte des Verständnisses der
AZA
......... 387
VI.2 Das bodennahe atmosphärische Klima............ 391
VI.2.1 Klimatabellen.................... 397
VI.2.2 Klimadiagramme................... 405
VI.2.3 Klima-Atlanten.................... 417
VI.2.4 Klima-Karten.................... 417
VI.2.5 Bodennahe Klima-Änderungen.............. 425
Anhang A: Energie und Leistung im Vergleich........... 431
Anhang B: Fragen und Übungen................. 434
Literaturverzeichnis..................... 452
Sachwortverzeichnis..................... 460
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