Meteorologie und Klimatologie: Eine Einführung PDF
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Horst Malberg Meteorologie und Klimatologie Eine Einfuhrung 5. Auflage Horst Malberg Meteorologie und Klimatologie Eine Einfuhrung Fiinfte, erweiterte und aktualisierte Auflage Mit 209 Abbildungen und 56 Tabellen ^Sprri inger Professor Dr. Horst Malberg FU Berlin, FB Geowissenschaften Institut fur Meteorologie Carl-Heinrich-Becker-Weg 6-10 12165 Berlin Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet iiber <http://dnb.ddb.de> abrufbar. ISBN-10 3-540-37219-9 Springer Berlin Heidelberg New York ISBN-13 978-3-540-37219-6 Springer Berlin Heidelberg New York ISBN 3-540-42919-0 (4. Auflage) Springer Berlin Heidelberg New York Dieses Werk ist urheberrechtlich geschutzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbe- sondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbil- dungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfaltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Be- stimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. Septem ber 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulassig. Sie ist grundsatzlich vergutungspflich- tig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer ist ein Unternehmen von Springer Sciences-Business Media springer.com © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Umschlaggestaltung: WMXDesign GmbH, Heidelberg Herstellung: Almas Schimmel, Heidelberg Satz: K+V Fotosatz, Beerfelden GedrucktaufsaurefreiemPapier 30/3141/as 543210 Fur Petra und Claudia Vorwort zur 5. Auflage Seit dem Erscheinen der 4. Auflage sind es die spektakularen Extremwetterlagen gewesen, die zum einen in der Offentlichkeit und den Medien ein breites Echo gefunden haben. Zum anderen setzte sich in der Wissenschaft die Diskussion iiber den Klimawandel und seine Ursachen unverandert fort. Dabei ging es nicht um die Frage, ob eine globale Erwarmung stattgefunden hat, denn diese ist nach den Klimabeobachtungen unstrittig, sondem um die Ursachen der Erwarmung und um deren Zusanmienhang mit singularen Extremwetterereignissen. Am Nachmittag des 10. JuU 2002 war zwischen Rhein und Oder ein Tempe- raturgegensatz von fast 20 °C (K) entstanden. Wahrend im westlichen Deutsch- land die Temperatur in der eingeflossenen Kaltluft z. T. nur bei 15 °C lag, zeigten die Thermometer im ostUchen Deutschland Werte zwischen 30 und 35 °C an. Im Bereich der ostwarts ziehenden Kaltfront entwickelten sich schwere Schauer und Gewitter, verbunden mit orkanartigen Boen. Innerhalb einer Minute stieg am In- stitut fiir Meteorologie der Freien Universitat Berlin der Wind von Windstarke 2 auf Windstarke 12 an. Mitte August 2002 kam es zu einem weiteren extremen Wetterereignis in Deutschland, der katastrophalen Elbeiiberschwemmung. Weite Landstriche und viele Orte standen wochenlang unter Wasser. Ursache waren die anhalten- den Regenfalle eines Tiefs, das sich vom Mittelmeer iiber die Alpen nordost- warts verlagert hatte und tagelang gewaltige Wassermassen in das Quellgebiet der Elbe und ihrer Nebenfliisse geschiittet hatte. Das Jahr 2005 wird als Hurrikan-Rekordjahr in die US-amerikanische Stati- stik eingehen. 15 von 28 tropischen Sturmtiefs entwickelten sich im Nordatlantik zu Hurrikanen. Noch nie zuvor hatte es so viele Hurrikane der starksten Katego- rie 5 (Windgeschwindigkeiten ab 250 km/h) gegeben. Der Hurrikan Katrina lo- ste in den USA die groBte Evakuierungsaktion aller Zeiten aus. Mit meterhohen Flutwellen, tropischen Regenfallen und Orkanwindgeschwindigkeiten wiitete Katrina an der US-Siidkuste; nach Deichbruchen versanken weite Teile von New Orleans in den Wassermassen. Auf die grundsatzlichen Fragen zur Wetterentwicklung, zur Entstehung extre- mer Wetterlagen, zum Klima und zum Klimawandel soil auch die 5. Auflage dieses Lehrbuchs eine Antwort geben. Das Buch wendet sich zum einen an alle wetterinteressierten Leserinnen und Leser und soil ihnen einen Einblick in die faszinierende Welt der Meteorologie und Klimatologie vermitteln. Dabei ist das Buch so geschrieben, dass es auch ohne die physikalisch-mathematischen Formeln verstandlich bleibt. Sein Ziel ist es, die Zusammenhange von Wetter, VIII Vorwort zur 5. Auflage Witterung und Klima mit den Prozessen in der Atmosphare anschaulich zu be- schreiben. Fiir Studierende der Geowissenschaften soil das Lehrbuch eine grund- legende Einfiihrung in Theorie und Praxis des Wetters und Klimas sein, wobei dem Autor gerade die Verkniipfung der Aspekte ein besonderes Anliegen ist. Im Vergleich mit der 4. Auflage sind zum einen die Ausfuhrungen iiber die Bedeutung der langen Wellen der Hohenstromung fiir unser Wetter wesentlich vertieft worden. Aus aktuellem Anlass werden die Ausfuhrungen sowohl tiber die Entstehung und die Auswirkungen von Hurrikanen als auch zu ihrer klima- bedingten Variabilitat erweitert. Ausfuhrlich wird auf den New-Orleans-Hurri- kan Katrina eingegangen. Ein Kapitel iiber Wettervorhersagemodelle soil einen (jberblick iiber die Aktivitaten der Wetterdienste vermitteln, normale wie ex treme Wetterereignisse rechtzeitig und zuverlassig vorherzusagen. Auch zum Klimasystem der Erde als Ganzes sowie zu einzelnen Klimaaspek- ten sind wesentliche Erweiterungen vorgenommen worden. Zum einen wurde die „Genetische Klimaklassifikation" aufgenommen und in einen Zusammen- hang gestellt mit den zusatzlichen Ausfiihrungen zum hemispharischen und zo- nalen Klima. Zum anderen wurde die Klimaentwicklung Mitteleuropas seit dem Beginn der mittelalterlichen Kleinen Eiszeit eingehend betrachtet und seit dem Beginn der Klimabeobachtungen vor uber 300 Jahren anhand der Messdaten analysiert. Auch neue Untersuchungsergebnisse iiber die klimatischen Auswir kungen der Nordatlantischen Oszillation auf die hemispharischen und globalen Temperaturverhaltnisse werden dargelegt. Die Ausfiihrungen zu den Ursachen der globalen und hemispharischen Erwar- mung wurden aufgrund jiingster Untersuchungen auf den aktuellen Kenntnis- stand der Klimaforschung gebracht, wobei eine Konvergenz von statistisch signi- fikanten Ergebnissen und Klimamodellrechnungen erkennbar wird. Nicht zuletzt wird aufgezeigt, dass der Klimawandel das Normale auf unserem Planeten ist und welche entscheidende Rolle der Klimawandel bei der Evolution der Menschheit gespielt hat. Uber 20 weitere Abbildungen sollen zur Anschaulichkeit und zur VerstSnd- lichkeit des Buchs beitragen. Sommer 2006 Horst Malberg Vorwort zur 4. Auflage Wenn man nach dem meteorologischen Schlagwort des Jahres 1997 fragt, so war es das Wort „E1 Nino". Ausgiebig befaBten sich die Medien mit diesem Ozean- Atmosphare-Phanomen, das im tropischen Pazifik zwischen Siidamerika und Australien auftritt. Alle weltweit beobachteten auBergewohnlichen Witterungs- erscheinungen wurden in einen Zusammenhang mit El Nino gebracht. Selbst Schulkinder wurden auf das Ereignis, von dem plotzlich alle sprachen, aufmerk- sam, so da6 mich eines Tages im Institut ein kleines Madchen anrief und sagte: Im Femsehen reden die dauemd von „Emilio". Was ist das eigentlich? Dieses allgemeine Interesse, das einem der Wissenschaft seit langem bekann- ten Phanomen entgegengebracht wird, hat mich veranlaBt, es in dieser Auflage ausfiihrlicher zu behandeln. Die Diskussion (iber El Nino hatte noch einen wich- tigen Nebeneffekt. Wurde doch damit fiir die breite Offentlichkeit deutlich, daB es neben dem anthropogenen EinfluB auf das Klima auch noch eine Reihe natiir- licher klimaverandemder EinfluBfaktoren gibt. Bei jeder Klimaschwankung steht daher die meteorologische Wissenschaft vor der schwierigen Frage, was ist davon auf natiirliche Ursachen und was auf den Menschen zuruckzufuhren. Bisher gibt es dazu noch keine abschlieBende Antwort. Dieses wird insbesondere in Kap. 13.4 deutlich, wo der Zusammen hang zwischen der Erwarmung in Mitteleuropa seit 1850 und der Sonnenaktivi- tat der letzten 150 Jahre gezeigt wird. Neben den neuen Kapiteln iiber El Nino bzw. iiber ENSO sowie uber den Zu sammenhang von Sonnenflecken und Klimaanderungen wurden Aktualisierun- gen bei einigen Abbildungen sowie Erganzungen im Text vorgenommen, so z.B. iiber die lufthygienischen Verhaltnisse in Talem. Das Ziel dieser Einfiihrung bleibt es weiterhin, den am Wetter und Klima interessierten Studierenden der Geowissenschaften ein verstandliches und an- schauliches Lehrbuch iiber das faszinierende Gebiet der Meteorologie und Kli- matologie an die Hand zu geben und sie auf dieser Grundlage zu ermutigen, sich mit der weiterfiihrenden Literatur zu beschaftigen. Aber auch fiir alle wetter- und klimainteressierten Laien ist das Buch mit sei- nen zahlreichen Abbildungen gut geeignet, wie die positiven Buchbesprechun- gen von Lesem im Internet zeigen. Seine Sachverhalte bleiben auch dann ver- standlich, wenn man die physikalisch-mathematischen Ableitungen iiberliest und sein Interesse ganz auf die Phanomene des Wetters und des Klimas in ihren vielfaltigen Auspragungen konzentriert. Berlin, 2001 Horst Malberg Vorwort zur 3. Auflage Es erfuUt jeden Autor mit besonderer Freude, wenn sein Werk von den interes- sierten Lesern angenommen wird. So hat mich auch die Nachricht des Sprin- ger-Verlags, daB die 2. Auflage nach nur 3 Jahren vergriffen sei, angenehm uberrascht. An dieser Stelle mochte ich mich zugleich fur die gute Ausstattung des Buches bedanken. In der 2. Auflage lag mein Hauptaugenmerk auf der EUmination von Feh- lerteufelchen aus der Erstausgabe. In der 3. Auflage soUen nun v. a. meine jiingsten Forschungsergebnisse die Grundlagen zur Meteorologie und KUma- tologie erweitern. So werden zum einen detailHerte Aussagen zur dreidimen- sionalen Struktur von Kaltfronten sowie den damit im Mittel verbundenen lokalen Wetterablaufe gemacht. Zum anderen werden die grundsatzlichen Aus- fiihrungen zum Treibhauseffekt durch Untersuchungsergebnisse im atlantisch- europaischen Bereich erganzt und die Zusammenhange von KHmaschwankun- gen und Anderungen der groBraumigen Zirkulation aufgezeigt. Es bleibt weiterhin das Ziel des Lehrbuchs, dem an Wetter und Klima inter- essierten studentischen NeuHng der Geowissenschaften eine verstandUche und anschauHche Einftihrung in das faszinierende Gebiet der Meteorologie und Klimatologie zu geben und ihn zu ermutigen, sich mit der weiterfiihrenden Literatur zu beschaftigen. Aber auch fiir die groBe Gruppe der wetter- und klimainteressierten Laien ist das Buch mit seinen zahlreichen Abbildungen geeignet. Seine Sachverhalte bleiben auch dann verstandHch, wenn von den mathematisch-physikalischen Ableitungen kein Gebrauch gemacht wird und das Interesse sich ganz auf die Phanomene des Wetters und des Klimas in ihren vielfaltigen Auspragungen konzentriert. BerUn, 1997 Horst Malberg Vorwort zur 2. Auflage Seit dem Erscheinen der 1. Auflage dieser Einfuhrung in die faszinierende The- matik der Meteorologie und Klimatologie sind mir 17 Buchbesprechungen bekannt geworden. 14 davon haben wohlwollend den Gesamtinhalt des Buches in den Vordergrund gestellt, 3 die Unzulanglichkeiten. Beide Arten haben mir geholfen. Die erste Gruppe hat mich ermutigt, die neue Auflage in Angriff zu nehmen. Die Kritik der zweiten Gruppe, sofern sie sachlich war, hat mein Augenmerk auf die Schwachpunkte meiner Erstausgabe gelenkt. Ein Kollege hat zu mir einmal in bezug auf seine Autorenschaft gesagt: „nie wieder**. Dieser Ansicht wollte ich mich nicht anschheBen, denn es gibt zu wenige deutschsprachige Einfuhrungen in unser Fachgebiet. Wie notwendig m.E. eine konventionelle Einfuhrung in unsere angewandte Wissenschaft ist, wurde mir erst unlangst nach einem Test mit meteorologisch vorgebildeten Studenten der Geowissenschaften deutUch. Auf die Fragen, wel- che Windrichtung und Wettererscheinungen erwarten Sie bei uns, wenn das Zentrum eines ausgedehnten Tiefs iiber Polen liegt, und welche durchschnitt- lichen Hochst- und Tiefsttemperaturen sowie Niederschlagsmengen treten in den Sommer- und Wintermonaten auf, waren die Antworten mehr Dichtung als Wahrheit. Auch die beste mathematisch-physikaiische Ausbildung ist erst dann optimal, wenn sie durch Anschaulichkeit untersttitzt wird, wenn Glei- chungen sich mit einem Bild von den atmospharischen Vorgangen verbinden. Dank der vieljahrigen Wetterdiensttatigkeit unseres Instituts stand mir dabei ein umfangreiches Datenmaterial von den stadtklimatologischen Beobachtun- gen uber synoptische Karten und Satellitenbilder bis zu globalen klimatologi- schen Werten zur Auswertung zur Verftigung. Dieses Buch hat sich zum Ziel gesetzt, den interessierten Neulingen auf moglichst verstandliche und anschauliche Weise den Einstieg in die Meteorolo gie und Klimatologie zu ermogHchen und sie zu ermutigen und in die Lage zu versetzen, sich mit der weiterftihrenden Literatur zu beschaftigen. Fiir den wetter- und kUmainteressierten Laien soil diese Einfuhrung auch dann noch verstandUch sein, wenn er von den mathematischen Ableitungen keinen Ge- brauch macht. Berlin, Friihjahr 1994 Horst Malberg
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