Synoptische Meteorologie: Methoden der Wetteranalyse und -prognose

500 Pages·2012·42.424 MB·German

by  Andreas Bott (auth.)

Synoptische Meteorologie
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Andreas Bott
Synoptische
Meteorologie
Methoden der Wetteranalyse und -prognose
123
Prof.Dr.AndreasBott
MeteorologischesInstitut
UniversitätBonn
AufdemHügel20
D-53121Bonn
ISBN978-3-642-25121-4 e-ISBN978-3-642-25122-1
DOI10.1007/978-3-642-25122-1
SpringerHeidelbergDordrechtLondonNewYork
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(cid:2)c Springer-VerlagBerlinHeidelberg2012
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Das vorliegende Buch befasst sich mit der synoptischen Meteorologie
mittlerer Breiten. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt vor-
nehmlich auf dem europ¨aischen Raum. Im ersten Teil werden zu-
na¨chst verschiedene Beobachtungs- und Messmethoden zur Beschrei-
bung großr¨aumiger Wetterlagen geschildert. Danach erfolgt eine Zu-
sammenfassung der wichtigsten mathematischen und physikalischen
Grundlagen, die zum Versta¨ndnis der in der Atmosph¨are ablaufenden
thermo-hydrodynamischenProzesse unerl¨asslich sind. Hierzu geh¨oren
die kinematischen Eigenschaften des horizontalen Windfelds in Form
der Divergenz, der Vorticity und der Deformation, die statische und
dynamischeStabilit¨at,diequasigeostrophischeTheoriezusammenmit
derQ-Vektor Diagnostiksowiedie potentielleVorticityalsbereichern-
des Hilfsmittel der Wetteranalyse.
Der zweite Teil des Buchs widmet sich der Interpretation synoptisch-
skaliger Wetterpha¨nomene mit Hilfe der zuvor beschriebenen mathe-
matisch-physikalischenMethoden. AusgehendvonderplanetarenSka-
la werden zuerst die charakteristischen Merkmale der globalen Zirku-
lation dargestellt. Hierauf folgt eine ausfu¨hrliche Untersuchung der
Rossby-Wellen, bevor die Zyklonen und Antizyklonen mittlerer Brei-
ten detailliert er¨ortert werden. Von besonderem Interesse ist eine
eingehende Diskussion der mit der Zyklogenese verbundenen Fron-
tensysteme. Abschließend wird ein kurzer Einblick in sub-synoptische
atmospha¨rische Prozesse, wie Gewitter, mesoskalige konvektive Sys-
teme, Konvergenzlinien und die Entstehung von Nebel, gegeben.
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Vorwort
Der Mensch besaßschon immer ein lebhaftesInteresseamWetterund
dessen ku¨nftiger Entwicklung, da viele seiner Aktivit¨aten in starkem
Maße vom Wettergeschehen beeinflusst werden. Heutzutage beginnt
dies bei der Planung von Freizeitaktivit¨aten, geht u¨ber kommerzielle
Interessen in der Landwirtschaft, der Tourismusindustrie, der Schiff-
fahrt, dem Straßen- und Luftverkehr bis hin zur existenziellen Be-
deutungderWettervorhersagebeimAuftretenvonExtremereignissen,
wie heftigen Unwettern, tropischen Wirbelstu¨rmen, starken Monsun-
niederschl¨agen oder langanhaltenden Du¨rreperioden.
Seit man weiß, dass die in der Atmospha¨re ablaufenden Prozesse
auf physikalischen Gesetzm¨aßigkeiten beruhen, versucht man, den at-
mospha¨rischen Zustand mit Hilfe der diese Gesetze formulierenden
mathematischen Gleichungen zu beschreiben und zu prognostizieren.
Mittlerweile ist es m¨oglich, durch aufwendige Computerberechnungen
diesesatmospha¨rischeGleichungssystemnumerischzuintegrierenund
dadurch das Wetter u¨ber einen gewissen Zeitraum und mit relativ ho-
her Genauigkeit vorherzusagen.
IndiesemZusammenhangerscheinteineKl¨arungderBegriffe“Wet-
ter” und “Wettervorhersage” angebracht. Unter Wetter versteht man
den Zustand der Atmosph¨are an einem bestimmten Ort und zu einer
bestimmten Zeit, der durch verschiedene meteorologische Parameter,
wie Temperatur, Luftdruck, Feuchte, Wind, Strahlung, Bew¨olkung,
Niederschlag etc., beschrieben wird. Folglich handelt es sich bei der
Wettervorhersage um die Prognose der raumzeitlichen A¨nderungen
dieser Parameter. Das bedeutet insbesondere, dass hierbei detail-
lierteAngabenu¨berdentageszeitlichenVerlaufallermeteorologischen
Gr¨oßen gemacht werden mu¨ssen, und zwar in einer ra¨umlichen Auf-
l¨osung, in der die lokale Heterogenita¨t der verschiedenen Parameter
angemessen abgebildet wird. So ist beispielsweise eine mehrw¨ochige
oder gar -monatige Vorhersage der Temperatur nur in Form von Ta-
gesmittelwerten fu¨r ganz Deutschland nicht als eine Wetterprognose
zu verstehen. Vielmehr handelt es sich hierbei um eine Absch¨atzung
des langfristigen Witterungsverlaufs.
viii Vorwort
Seit einigen Jahrzehnten besteht ein Schwerpunkt meteorologischer
Forschung darin, herauszufinden, u¨ber welche Zeitr¨aume eine Wetter-
vorhersage theoretischm¨oglich ist. Nach heutigem Wissensstand geht
man davon aus, dass dies h¨ochstens fu¨r etwa zwei Wochen der Fall
sein kann. Alle deutlich u¨ber diesen Zeitraum hinausgehenden Wet-
terprognosen entbehren entweder jeder wissenschaftlichen Grundlage,
oder sie sind allenfalls als eine Witterungsprognose anzusehen. Die
Ursachen fu¨r die zeitliche Limitierung von Wettervorhersagen werden
gleich zu Beginn dieses Buchs n¨aher diskutiert.
Trotz der mittlerweile vorliegenden M¨oglichkeiten, das Wetter u¨ber
mehrere Tage relativ gut zu prognostizieren, hat das Interesse am
Pha¨nomen Wetter und dessen ku¨nftiger Entwicklung nichts an Be-
deutung verloren. Im Gegenteil, bei einem kurzen Blick ins Internet
gewinnt man schnell den Eindruck, dass dort nicht nur die Anzahl
der kommerziellen Anbieter von Wetterinformationen permanent zu-
nimmt, sondern auch die Diskussionsforen zum Thema Wetter. Auf
deranderenSeitef¨alltauf,dasszumindestimdeutschsprachigenRaum
in den letzten Jahren nur relativ wenige Lehrbu¨cher zum Themenge-
biet der synoptischen Meteorologie erschienen sind.
Diese Gegebenheiten waren eine wichtige Motivation dafu¨r, das
vorliegende Lehrbuch zu erstellen, dessen Schwerpunkt auf der Be-
schreibung großr¨aumiger Wetterereignisse liegt, die der sogenannten
synoptischen Skala zugeordnet werden. Die Einschr¨ankung auf den
GroßraumEuropahatzurFolge, dassaußereuropa¨ischeWetterph¨ano-
mene, wie die Tropenmeteorologie,die Meteorologieder Su¨dhalbkugel
oder die fu¨r Nordamerika typischen Wettersituationen,nur am Rande
erw¨ahnt werden.
Die Tatsache, dass die in der Atmospha¨re ablaufendenProzesse auf
physikalischen Gesetzma¨ßigkeiten beruhen und mit entsprechenden
mathematischen Gleichungen formuliert werden ko¨nnen, wird nicht
als l¨astig, sondern als a¨ußerst hilfreich angesehen, so dass im vor-
liegenden Buch intensiv von der M¨oglichkeit Gebrauch gemacht wird,
dasmathematischeGleichungssystemzurInterpretationderVorg¨ange
heranzuziehen. Da es jedoch nicht das Ziel war, alle benutzten Glei-
chungenimmervollsta¨ndigherzuleiten,richtetsichdasBuchvornehm-
lich an Studierende und solche Personen, die bereits u¨ber gewisse ma-
thematischeGrundkenntnissezurBeschreibungmeteorologischerPro-
zesse verfu¨gen.
ImerstenTeildesBuchswerdenzun¨achstdie wichtigsten,denther-
mo-hydrodynamischenZustandderAtmosph¨arewiedergebenden,ma-
thematischen Gleichungen kurz zusammengefasst, bevor sie dann im
zweiten Teil des Buchs zur Interpretationsynoptisch-skaliger Prozesse
verwendet werden. Hierbei wird jedoch st¨andig versucht, die Ergeb-
nisse und Schlussfolgerungen theoretischer Ableitungen anhand von
Fallbeispielen zu veranschaulichen. In den meisten Fa¨llen sind die
Vorwort ix
hierfu¨r verwendeten Wetterkarten nicht eigens dafu¨r erstellt worden.
Vielmehr war es ein wichtiges Anliegen, hierzu, wenn m¨oglich, Karten
zu benutzen, die fu¨r jeden Interessenten frei verfu¨gbar sind. Auf diese
Weise soll der Leser dazu animiert werden, zus¨atzlich zu den im Buch
beschriebenen Wettersituationen selbstst¨andig auch andere ¨ahnliche
Wetterlagen zu suchen, um das Gelernte weiter zu vertiefen.
Deshalb wurde beider Auswahl der Wetterkartenh¨aufig auf das im
Internet frei verfu¨gbare Angebot von Wetterinformationen der Firma
wetter3.de zuru¨ckgegriffen. Dieses von Dipl.-Met. R. Behrendt und
Dipl.-Met. H. Mahlke betriebeneInternetportal(www.wetter3.de)bie-
teteineFu¨llevonunterschiedlichenWetterkarten,dieinsbesonderefu¨r
die synoptische Interpretationvon Wetterlagen eine enorme Bereiche-
rung darstellen. Dahergebu¨hrtan ersterStellemein Dankden beiden
Betreibern von wetter3.de, insbesondere aber Herrn Mahlke, der alle
im Buch benutzten Wetterkarten, die von wetter3.de stammen, noch
einmal eigens in der beno¨tigten technischen Qualit¨at nachproduziert
und mir zur Verfu¨gung gestellt hat.
Weiterhin gilt mein spezieller Dank Herrn Dipl.-Met. J.Hoffmann,
Mitarbeiter der Firma WetterOnline Meteorologische Dienstleistun-
gen GmbH (www.wetteronline.de), der mich seit mehreren Jahren in
den am Meteorologischen Institut der Universit¨at Bonn gehaltenen
Vorlesungen zur Synoptik und Wetterbesprechung aktiv unterstu¨tzt.
Daru¨ber hinaus bin ich den Mitarbeitern meiner Arbeitsgruppe zu
großem Dank verpflichtet, nicht nur fu¨r die kritische Durchsicht des
Manuskripts, sondern auch fu¨r die spu¨rbare Entlastung in vielen Be-
langen des universita¨ren Alltags. Erst dadurch wurde mir der Frei-
raum zur Arbeit am vorliegenden Buch erm¨oglicht. Hier sind zu nen-
nen: Dipl.-Phys. Dr. V. Ku¨ll, Dipl.-Met.W. Schneider, Dipl.-Met.
C. Thoma, Dipl.-Met. M. U¨bel, B. Sc. S. Knist sowie insbesondere B.
Sc. A.Kelbch, der mich bei der L¨osung der unterschiedlichsten tech-
nischen Probleme immer tatkr¨aftig unterstu¨tzte. Schließlich gilt ein
besonderer Dank meiner Frau Dipl.-Met. B. Bott, deren zahlreiche
fachliche Anmerkungen bei der Erstellung dieses Buchs eine unent-
behrliche Hilfe darstellten.
Bonn, Ma¨rz 2012 Andreas Bott