Synoptische Meteorologie: Methoden der Wetteranalyse und -prognose
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin ; Heidelberg
Springer Spektrum
[2016]
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| Ausgabe: | 2. Auflage |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Klappentext |
| Beschreibung: | XIV, 534 Seiten Illustrationen, Diagramme, Karten (teilweise farbig) |
| ISBN: | 9783662481943 |
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| 505 | 8 | |a 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.). | |
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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
1.4 Datenassimilation, numerische Wettervorhersage... 11
2 Wetterbeobachtungen 15
2.1 Messmethoden....................................... 16
2.2 Wolken, Klassifikation und Eigenschaften .......... 20
2.3 Radar meteorologie................................ 23
2.4 Satellitenmeteorologie............................. 30
2.4.1 Die Kanäle im solaren Spektralbereich........ 33
2.4.2 Die Kanäle im terrestrischen Spektralbereich .... 34
2.4.3 Beispiel für die Interpretation von Satellitenbildern 37
3 Mathematische Beschreibung atmosphärischer
Prozesse 43
3.1 Skalare und Vektoren............................. 43
3.2 Differentialoperatoren........................... 46
3.3 Koordinatensysteme................................. 48
3.3.1 Das geographische Koordinatensystem.......... 48
3.3.2 Die Tangentialebene ......................... 49
3.3.3 Die generalisierte Vertikalkoordinate........ 49
3.3.4 Die Tangentialebene mit physikalisch definierten
Horizontalkoordinaten........................ 52
3.4 Das prognostische Gleichungssystem................. 56
3.4.1 Die thermo-hydrodynamischen Zustandsvariablen 57
3.4.2 Ideale Gasgleichung und Kontinuitätsgleichungen 58
3.4.3 Die Wärmegleichung........................... 60
3.4.4 Die Bewegungsgleichung....................... 65
3.5 Skalenanalyse der Bewegungsgleichung............... 67
Inhaltsverzeichnis
xii
4 Grundlagen der Dynamik und Thermodynamik 73
4.1 Hydrostatische Instabilität......................... 74
4.2 Schichtungsstabilität und Temperaturadvektion....... 78
4.3 Barotropie und Baroklinität......................... 80
4.4 Horizontale Gleichgewichtswinde..................... 84
4.4.1 Der geostrophische Wind....................... 85
4.4.2 Der Gradientwind.............................. 87
4.4.3 Der Reibungswind.............................. 89
4.4.4 Der zyklostrophische und der antitriptische Wind 91
4.5 Der thermische Wind................................. 91
4.6 Der ageostrophische Wind............................ 94
4.6.1 Approximationsformen der horizontalen Bewe-
gungsgleichung ...................................... 94
4.6.2 Der ageostrophische Wind bei horizontaler Bewe-
gung ................................................101
4.6.3 Der Einfluss der Vertikalbewegung auf ........105
4.6.4 Geostrophische Antriebe ageostrophischer Bewe-
gungen ..............................................107
4.7 Trajektorien und Stromlinien........................111
4.8 Die vertikale Neigung von Druckgebilden.............117
5 Kinematik horizontaler Strömungen 123
5.1 Die lokale Geschwindigkeitsdyade....................123
5.2 Divergenz und Vorticity.............................128
5.3 Die Vorticitygleichung............................ 134
5.4 Trägheitsinstabilität und dynamische Instabilität...141
5.4.1 Trägheitsinstabilität.........................141
5.4.2 Dynamische Instabilität.......................145
6 Die quasigeostrophische Theorie 149
6.1 Die Grundannahmen der quasigeostrophischen Theorie . 150
6.2 Die quasigeostrophischen Modellgleichungen..........152
6.2.1 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik.........153
6.2.2 Die Vorticitygleichung........................154
6.2.3 Die cu-Gleichung..............................157
6.3 Die Trenberth-Form der cu-Gleichung.................161
6.4 Die Q-Vektor-Form der cu-Gleichung..................164
6.5 Beispiele zur Interpretation der cu-Gleichung.......174
6.6 Stabilitätsbetrachtungen............................181
7 Die potentielle Vorticity 183
7.1 Definition und Erhaltungseigenschaften der PV.......184
7.2 Charakteristische Werte der PV......................188
Inhaltsverzeichnis xiii
7.3 Diabatische Prozesse................................191
7.4 Das PV-Invertierungsprinzip.........................195
7.5 Fernwirkungen von PV-Anomalien......................202
8 Die globale Zirkulation 207
8.1 Thermisch direkte und indirekte Zirkulation.........208
8.2 Vereinfachtes Schema der globalen Zirkulation.......211
8.3 Jetstreams und Jetstreaks...........................219
8.3.1 Der Subtropenjetstream........................220
8.3.2 Der Polarfrontjetstream.......................223
8.3.3 Weitere atmosphärische Starkwindfelder........233
8.4 Luftmassentransformationen..........................234
8.5 Europäische Großwetterlagen.........................241
8.6 Wetterlagen unter dem Einfluss unterschiedlicher Luft-
massen ..................................................246
8.6.1 Nordwestlage..................................246
8.6.2 Ostlage.......................................251
8.6.3 Südwestlage...................................255
9 Rossby-Wellen 261
9.1 Raumzeitliche Variabilität planetarer Wellen........262
9.2 Barotrope Wellen....................................272
9.3 Die Wellenverlagerung aus der PV-Perspektive........275
9.4 Barokline Wellen....................................277
9.5 Das Zweischichtenmodell - barokline Instabilität....282
9.5.1 Das Zweischichtenmodell.......................283
9.5.2 Barokline Instabilität........................285
9.5.3 Energetische Betrachtungen....................289
9.6 Stabilitätsverhalten barokliner Wellen..............293
9.6.1 Neutrale und gedämpfte Wellen.................294
9.6.2 Instabile Wellen..............................310
9.7 Zeitliche Änderungen der Phasenverschiebungen.......315
9.8 Wellenstabilitäten aus der PV-Perspektive...........319
10 Zyklonen und Antizyklonen 327
10.1 Zyklogenese und Antizyklogenese.....................329
10.1.1 Die Drucktendenzgleichung....................329
10.1.2 Die Verlagerung der Druckgebilde.............333
10.1.3 Vergenzen in der Höhenströmung...............334
10.1.4 Klassifikation von Zyklogenesen..............336
10.1.5 Zyklogenese an einer Frontalwelle............339
10.1.6 Auflösung der Druckgebilde - Ekman-Pumping .. 341
10.2 Die Polarfronttheorie...............................346
10.2.1 Der Lebenszyklus einer Idealzyklone..........347
XIV
Inhaltsverzeichnis
10.2.2 Kalte und warme Okklusion...................349
10.2.3 Teiltiefs und Zyklonenfamilien..............350
10.2.4 Kritische Anmerkungen zur Polarfronttheorie . .. 354
10.3 Weitere Zyklonenmodelle............................356
10.3.1 Das Shapiro-Keyser-Zyklonenmodell...........357
10.3.2 Das STORM-Zyklonenmodell....................359
10.4 PV-Analyse und Zyklogenese.........................361
10.4.1 Kurzwellentrog..............................361
10.4.2 Leezyklogenese..............................364
10.4.3 Rapide Zyklogenese..........................369
11 Fronten und Frontalzonen 385
11.1 Die Front als Diskontinuitätsfläche................386
11.2 Kinematische Eigenschaften von Fronten.............389
11.3 Ana- und Katafronten...............................400
11.4 Fronten und Conveyor Belts.........................406
11.4.1 Die Warmfront...............................406
11.4.2 Die Ana-Kaltfront...........................410
11.4.3 Die Kata-Kaltfront......................... 413
11.4.4 Die Okklusionsfront.........................419
11.5 Frontogenese.......................................426
11.6 Die Sawyer-Eliassen-Zirkulation....................434
11.7 Frontenanalyse.....................................441
11.8 PV-Analyse an der Polarfont........................446
11.8.1 Dry Intrusion und TYopopausenfaltung........446
11.8.2 Cutoff-Prozess..............................456
12 Mesoskalige meteorologische Prozesse 469
12.1 Gewitter...........................................470
12.1.1 Einzel-, Multi- und Superzellen.............471
12.1.2 Voraussetzungen für die Gewitterbildung.....474
12.2 Mesoskalige konvektive Systeme.....................478
12.2.1 Größenordnungen und Formen..................478
12.2.2 Squall Lines................................479
12.2.3 Konvergenzlinien............................484
12.3 Nebel..............................................489
12.3.1 Entstehungsmechanismen......................490
12.3.2 Nebelprognose...............................492
Literaturverzeichnis 499
Sachverzeichnis
523
Synoptische Meteorologie
Das vorliegende Buch befasst sich mit der synoptischen Meteorologie mittlerer Breiten
im europäischen Raum. Nach einer kurzen Vorstellung verschiedener Beobachtungs- und
Messmethoden zur Beschreibung großräumiger Wetterlagen erfolgt eine eingehende
Diskussion der mathematischen und physikalischen Grundlagen, die zum Verständnis der
in der Atmosphäre ablaufenden thermo-hydrodynamischen Prozesse unerlässlich sind.
Hierzu gehören die kinematischen Eigenschaften des horizontalen Windfelds, die statische
und dynamische Stabilität sowie die quasigeostrophische und die semigeostrophische
Theorie, die u. a. als Basis der Q-Vektor-Diagnostik bzw. der Sawyer-Eliassen-Zirkulation
dienen. In der vorliegenden zweiten Auflage des Buchs wird verstärkt auf die Bedeutung
der isentropen potentiellen Vorticity für die atmosphärische Dynamik eingegangen.
Der zweite Teil des Buchs widmet sich der Interpretation synoptischskaliger Wetter-
phänomene mit Hilfe der zuvor beschriebenen mathematisch- physikalischen Metho-
den. Nach der Darstellung der charakteristischen Merkmale der globalen Zirkulation
mit besonderem Augenmerk auf die hochtroposphärischen Strahlströme erfolgt eine
ausführliche Untersuchung der Rossby-Wellen, bevor die Dynamik von Zyklonen
und Antizyklonen mittlerer Breiten näher untersucht wird. Von besonderem Interesse
ist hierbei eine detaillierte Erörterung der Zvklogenese und der damit verbundenen
Frontensysteme. Verschiedene Wetterlagen werden aus der Perspektive der potentiellen
Vorticity analysiert, um die herausragende Leistungsfähigkeit dieser Größe bei der
Interpretation großskaliger dynamischer Prozesse zu verdeutlichen. /Vbschließend
wird ein kurzer Einblick in sub-synoptische atmosphärische Phänomene, wie
Gewitter, mesoskalige konvektive Systeme, Konvergenzlinien und die Entstehung von
Nebel, gegeben.
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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.).</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1=" " ind2="4"><subfield code="a">Earth sciences</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1=" " ind2="4"><subfield code="a">Atmospheric sciences</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1=" " ind2="4"><subfield code="a">Geophysics</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1=" " ind2="4"><subfield code="a">Climate change</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1=" " ind2="4"><subfield code="a">Earth Sciences</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1=" " ind2="4"><subfield code="a">Atmospheric Sciences</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1=" " ind2="4"><subfield code="a">Geophysics and Environmental Physics</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1=" " ind2="4"><subfield code="a">Climate Change</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1=" " ind2="4"><subfield code="a">Geowissenschaften</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="a">Synoptik</subfield><subfield code="0">(DE-588)4197342-2</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield code="9">rswk-swf</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="a">Methode</subfield><subfield code="0">(DE-588)4038971-6</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield code="9">rswk-swf</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="a">Wettervorhersage</subfield><subfield code="0">(DE-588)4079256-0</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield code="9">rswk-swf</subfield></datafield><datafield tag="651" ind1=" " ind2="7"><subfield code="a">Europa</subfield><subfield code="0">(DE-588)4015701-5</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield code="9">rswk-swf</subfield></datafield><datafield tag="689" ind1="0" ind2="0"><subfield code="a">Europa</subfield><subfield code="0">(DE-588)4015701-5</subfield><subfield code="D">g</subfield></datafield><datafield tag="689" ind1="0" ind2="1"><subfield code="a">Synoptik</subfield><subfield code="0">(DE-588)4197342-2</subfield><subfield code="D">s</subfield></datafield><datafield tag="689" ind1="0" ind2="2"><subfield code="a">Wettervorhersage</subfield><subfield code="0">(DE-588)4079256-0</subfield><subfield code="D">s</subfield></datafield><datafield tag="689" ind1="0" ind2="3"><subfield code="a">Methode</subfield><subfield code="0">(DE-588)4038971-6</subfield><subfield code="D">s</subfield></datafield><datafield tag="689" ind1="0" ind2=" "><subfield code="5">DE-604</subfield></datafield><datafield tag="776" ind1="0" ind2="8"><subfield code="i">Erscheint auch als</subfield><subfield code="n">Online-Ausgabe</subfield><subfield code="z">978-3-662-48195-0</subfield></datafield><datafield tag="856" ind1="4" ind2="2"><subfield code="m">Digitalisierung UB Augsburg - ADAM Catalogue Enrichment</subfield><subfield code="q">application/pdf</subfield><subfield code="u">http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=029049053&sequence=000003&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA</subfield><subfield code="3">Inhaltsverzeichnis</subfield></datafield><datafield tag="856" ind1="4" ind2="2"><subfield code="m">Digitalisierung UB Augsburg - ADAM Catalogue Enrichment</subfield><subfield code="q">application/pdf</subfield><subfield code="u">http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=029049053&sequence=000004&line_number=0002&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA</subfield><subfield code="3">Klappentext</subfield></datafield><datafield tag="999" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">oai:aleph.bib-bvb.de:BVB01-029049053</subfield></datafield></record></collection> |
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