Synoptische Meteorologie: Methoden der Wetteranalyse und -prognose
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Heidelberg [u.a.]
Springer
2012
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einführung 1
1.1 Historische Entwicklung der Meteorologie............. 2
1.2 Raumzeitliche Skalen atmosphärischer Phänomene..... 3
1.3 Das Vorhersageproblem............................ 5
2 Wetterbeobachtungen 11
2.1 Messmethoden.................................... 12
2.2 Wolken, Klassifikation und Eigenschaften............. 14
2.3 Radarmeteorologie................................ 18
2.4 Satellitenmeteorologie............................. 24
2.4.1 Die Kanäle im solaren Spektralbereich.......... 26
2.4.2 Die Kanäle im terrestrischen Spektralbereich .... 28
2.4.3 Beispiel für die Interpretation von Satellitenbildern 31
2.5 Datenassimilation, numerische Wettervorhersage...... 36
3 Mathematische Beschreibung atmosphärischer
Prozesse 41
3.1 Skalare und Vektoren.............................. 41
3.2 Differentialoperatoren............................. 44
3.3 Bilanzgleichungen................................. 45
3.4 Koordinatensysteme............................... 46
3.4.1 Das geographische Koordinatensystem......... 46
3.4.2 Das natürliche Koordinatensystem............. 47
3.4.3 Das thermische Koordinatensystem............ 50
3.4.4 Die generalisierte Vertikalkoordinate........... 50
3.4.5 Die Tangentialebene......................... 52
3.5 Das prognostische Gleichungssystem................. 52
3.5.1 Die thermo-hydrodynamischen Zustandsvariablen 53
3.5.2 Die Wärmegleichung......................... 54
3.5.3 Die Kontinuitätsgleichungen.................. 56
3.5.4 Die Bewegungsgleichung..................... 58
3.6 Die Skalenanalyse................................. 60
xii Inhaltsverzeichnis
4 Grundlagen der Dynamik und Thermodynamik 65
4.1 Hydrostatische Instabilität......................... 66
4.2 Barotropie und Baroklinität........................ 70
4.3 Horizontale Gleichgewichtswinde.................... 74
4.3.1 Der geostrophische Wind..................... 75
4.3.2 Der Gradientwind........................... 77
4.3.3 Der Reibungswind........................... 78
4.3.4 Der zyklostrophische und der antitriptische Wind 80
4.4 Der thermische Wind.............................. 81
4.5 Schichtungsstabilität und Temperaturadvektion....... 83
4.6 Der ageostrophische Wind.......................... 85
4.6.1 Approximationsformen der horizontalen Bewe¬
gungsgleichung ............................. 86
4.6.2 Der ageostrophische Wind bei horizontaler Bewe¬
gung ...................................... 89
4.6.3 Der Einfluss der Vertikalbewegung auf vag...... 93
4.7 Trajektorien und Stromlinien....................... 93
4.8 Die vertikale Neigung von Druckgebilden.............100
5 Kinematik horizontaler Strömungen 105
5.1 Die lokale Geschwindigkeitsdyade....................105
5.2 Die Divergenz.................................... 109
5.3 Die Vorticity.....................................113
5.4 Die Vorticitygleichung.............................115
5.5 Trägheitsinstabilität und dynamische Instabilität......120
5.5.1 Trägheitsinstabilität.........................123
5.5.2 Dynamische Instabilität......................126
6 Die quasigeostrophische Theorie 129
6.1 Die Grundannahmen der quasigeostrophischen Theorie . 129
6.2 Die quasigeostrophischen Modellgleichungen..........131
6.2.1 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik.......133
6.2.2 Die Vorticitygleichung.......................133
6.2.3 Die w-Gleichung............................137
6.3 Die Trenberth Form der
ω
-Gleichung.................140
6.4 Die Q-Vektor Form der
ω
-Gleichung................. 143
6.5 Beispiele zur Interpretation der
ω
-Gleichung..........154
6.6 Stabilitätsbetrachtungen...........................162
7 Die potentielle Vorticity 165
7.1 Definition und Erhaltungseigenschaften der PV........166
7.2 Charakteristische Werte, Anomalien der PV...........168
7.3 Das PV-Invertierungsprinzip........................173
Inhaltsverzeichnis xiii
7.4 Die Leezyklogenese................................177
7.5 Beispiele zur PV-Analyse...........................179
7.5.1 Zyklogenese über dem Atlantik................179
7.5.2 Bildung eines Kaltlufttropfens................184
7.5.3 Alpenüberströmung.........................190
8 Die globale Zirkulation 195
8.1 Thermisch direkte und indirekte Zirkulation...........196
8.2 Vereinfachtes Schema der globalen Zirkulation.........197
8.3 Jetstreams und Jetstreaks..........................205
8.4 Luftmassentransformationen........................211
8.5 Wetterlagen unter dem Einfluss unterschiedlicher Luft¬
massen ..........................................217
8.5.1 Nordwestlage...............................217
8.5.2 Ostlage....................................220
8.5.3 Südwestlage................................223
9 Europäische Großwetterlagen 229
9.1 Großwetterlagen, -typen und Zirkulationsformen.......230
9.2 Beispiele europäischer Großwetterlagen...............234
10 Rossby-Wellen 265
10.1 Raumzeitliche Variabilität planetarer Wellen..........266
10.2 Barotrope Wellen.................................274
10.3 Barokline Wellen..................................277
10.4 Das Zweischichtenmodell - barokline Instabilität.......281
10.4.1 Das Zweischichtenmodell.....................283
10.4.2 Barokline Instabilität........................285
10.4.3 Energetische Betrachtungen..................290
10.5 Stabilitätsverhalten barokliner Wellen................293
10.5.1 Stabile und gedämpfte Wellen.................294
10.5.2 Instabile Wellen.............................309
10.6 Abschließende Bemerkungen........................315
11 Zyklonen und Antizyklonen 319
11.1 Zyklogenese und Antizyklogenese....................320
11.1.1 Die Drucktendenzgleichung...................321
11.1.2 Die lokale zeitliche Änderung der Vorticity......324
11.1.3 Die Verlagerung der Druckgebilde.............325
11.1.4
Vergenzen
in der Höhenströmung..............326
11.1.5 Zyklogenese an einer Frontalwelle ..............32S
11.1.6 Auflösung der Druckgebilde - Ekman-Pumping . . 331
xiv Inhaltsverzeichnis
11.2 Die Polarfronttheorie..............................335
11.2.1 Der Lebenszyklus einer Idealzyklone...........336
11.2.2 Kalte und warme Okklusion..................339
11.2.3 Teiltiefs und Zyklonenfamilien................340
11.2.4 Kritische Anmerkungen zur Polarfronttheorie . . . 342
11.3 Weitere Zyklonenmodelle...........................346
11.3.1 Das Shapiro-Keyser Zyklonenmodell...........346
11.3.2 Das
STORM
Zyklonenmodell.................348
11.4 Rapide Zyklogenese...............................350
12 Fronten und Frontalzonen 365
12.1 Materielle Diskontinuitätsfläche und Feldtheorie.......366
12.2 Kinematische Eigenschaften von Fronten und Frontal¬
zonen ............................................368
12.3 Ana- und Katafronten.............................379
12.4 Frontogenese.....................................384
12.5 Die Sawyer-Eliassen Zirkulation.....................392
12.6 Fronten und
Conveyor Belts........................
399
12.6.1 Die Warmfront..............................400
12.6.2 Die Ana-Kaltfront...........................404
12.6.3 Die Kata-Kaltfront..........................406
12.6.4 Die Okklusionsfront.........................412
12.7 Frontenanalyse...................................419
12.8 Konzeptionelle Modelle - Fluch oder Segen?...........423
13 Mesoskalige meteorologische Prozesse 427
13.1 Gewitter.........................................428
13.1.1 Einzel-,
Multi-
und Superzellen................429
13.1.2 Voraussetzungen für die Gewitterbildung.......432
13.2 Mesoskalige konvektive Systeme.....................436
13.2.1 Größenordnungen und Formen................436
13.2.2
Squall
Lines................................437
13.2.3 Konvergenzlinien............................441
13.3 Nebel............................................447
13.3.1 Entstehungsmechanismen....................448
13.3.2 Nebelprognose..............................450
Literaturverzeichnis 455
Sachverzeichnis 475
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