in die Meteorologie (met210)

(1)

Clemens Simmer

Einführung

in die Meteorologie (met210)

- Teil VII: Synoptik

(2)

VII.1 Allgemeines zur Synoptik

1. Definition und Grundlagen

• Definition

• wissenschaftliche und technische Grundlagen

• Geschichte

2. Darstellung synoptischer Felder

• Bodenkarten

• Höhenkarten

• Stationsmodell

3. Thermische Verknüpfung von Boden- und Höhenwetterkarten

• thermischer Wind

• Barotrope und barokline Felder

(3)

3

VII.1.3 Thermische Verknüpfung von Boden und Höhenwetterkarten - thermischer Wind -

z

x p_j-3Δp

p_i-Δp p_i-2Δp p_j-2Δp

p_i p_j-Δp

p_j

kalte Luft warme Luft

horizontale Druckgradienten

höhenabhängiger geostrophischer

Wind

=

thermischer Wind p_i=p_j

Horizontale Temperaturunterschiede erzeugen horizontale Druckunterschiede in der Höhe und damit unterschiedlichen geostrophischen Wind in der

Übergangszone.

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Thermischer Wind (1)

v 

g

p

_o

S, warm N, kalt

p

_o

-Δp p

_o

-2Δp

v 

g

Selbst bei Druckgleichheit am Boden (kein geostrophischer

Wind am Boden) nimmt der Wind durch horizontale Temperaturänderungen mit

der Höhe zu

Beispiel für die Entstehung von Strahlströmen über

Frontalzonen

Durch horizontale Temperaturunterschiede entsteht ein

(geostrophischer) Wind, der die kalte Luft umströmt, wie der

geostrophische Wind das Tief.

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5

Thermischer Wind (2)

v 

g

p

_o

S, H, warm N,T, kalt

p

_o

-Δp p

_o

-2Δp

v 

g

Haben wir im Süden ein warmes Hoch und im Norden ein kaltes Tief, so wird mit der

Höhe der am Boden schon herrschende Westwind mit zunehmender Höhe verstärkt.

Beispiel für die

Westwinddrift der mittleren Breiten

vg

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Thermischer Wind (3)

v 

g

p

_o

S, T, warm N,H, kalt

p

_o

-Δp p

_o

-2Δp

v 

g

Haben wir im Süden ein warmes Tief und im Norden ein kaltes Hoch, so haben wir

am Boden Ostwinde und in der Höhe Westwinde.

Warme Tiefs und kalte Hochs sind „flach“ (denn sie

schlagen in Hochs bzw. Tief um mit der Höhe)

Beispiel für die Hadley- Zirkulation der

Tropen/Subtropen

(7)

7

Formale Ableitung des thermischen Windes im z-System

 

  

  

        

           

 

     



  

     

  







1 , ,

1 ln

ln ln

1

ln

g H

L v L v L v

H H H

g L v L v

H H

L v

H

L v

L v L v

v k p

f

R T R T R T

k p k p k p

fp f p f

v R T p R T

k k p

z

p p R T p p

g

f z f z

R T g

f k R T

g R T

R T z p z z

z

T



 

 

    

   

 

       

 

4

10 10

10 100000 1 1

300 100 10 300

0,003 0,03

2

1 1

1 1 1

v v v

g H g

v v v

H v g H v g

v v v v

T gT T

v k v

z f T T z

gT T g T

k T v k T v

f T T z fT T z

v H v

g

k T

f T

g z

v   



 

Skalenanalyse



1

2

(8)

Der thermische Wind

- Zusammenfassung -

: 1

g H

v k p

 f

 

^g _H _v

v

thermisch g H v

v

v g

k T

z T f

v v g k T z

T f

  



    

Der thermische Wind

(= Änderung des

geostrophischen Windes mit der Höhe durch einen

horizontalen

Temperaturgradienten) „weht“

um ein Kaltluftgebiet, wie der geostrophische Wind um das

Tief. ^H

T

W K

H

𝑣 _{𝑡ℎ𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑐ℎ}T

𝑣

_{𝑔,𝑜𝑏𝑒𝑛}

𝑣

_{𝑔,𝑢𝑛𝑡𝑒𝑛}

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9

Der thermische Wind

- Indikator für Temperaturadvektion und Möglichkeit des Nowcasting von Temperaturänderungen-

H

T

W K

H

T

H

T

K W

H T

Rechtsdrehung mit der Höhe

=

Es wird wärmer

Linkssdrehung mit der Höhe

=

Es wird kälter

Achtung: Nicht mit der Rechtsdrehung des Windes in der Grenzschicht durch Reibung verwechseln. Obiges gilt nur in der freien Atmosphäre!

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10

Formale Ableitung des thermischen Windes im p-System

 

   

       

  

       

 

        

     

   

 





Annahme

statische GG ideale

da konstant bei

G

Nabla

asG

1 , Geopotentia

1

l , 1

1

L v

g c

g p

g L v

p p

L

p v

o

g L

p

nst

R T

gz z

gz g

p p p

v k

f

v R T

k k

p f p f p

R k T

fp

v R

p p f

p

 _{p v}

k T ^g ^L

k

_p

T

_v

f R p

v    



  

ln

Ableitung wesentlich einfacher im p-System.

Zudem gilt die „einfache“ Beziehung fast ohne Näherung.

Die Isohypsen der relativen Topographie bilden Stromlinien des

thermischen Windes, wie die Isobaren und die Isohypsen Stromlinien des geostrophischen Windes bilden.

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11

Barotrope und barokline Felder

• barotrop: Isoflächen von Druck und Temperatur sind parallel zueinander

geostrophischer Wind mit der Höhe konstant

• baroklin: Isoflächen von Druck und Temperatur sind gegeneinander geneigt

geostrophischer Wind ändert sich mit der Höhe

0

0 



 





 p

T_v v^g

p ln



0

0 



 





 p

T_v v^g

p ln



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Barokline Felder

- 2 Fälle -

h 2 h 1

h 3 h 4

h 1 h 2 h 3 h 4 T 1

T 2 T 3 T 1

T 2 T 3

T 4 T 4

E E N N

a b

v g v g

h₁ < h₂ < … Isohypsen einer Druckfläche , T₁ < T₂ < … die Temperaturen

a: Es herrscht keine Temperatur- advektion. Dieser Fall ist typisch für Höhenkarten ab 500 hPa. Es ist ein Initialfeld für barokline Wellen

b: Es herrscht Temperaturadvektion.

Dieser Fall ist typisch für die Bodenwetterkarten. Sie sind verantwortlich z.B. für die

Intensivierung von Wellen in den Höhenkarten.

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13

• Gegeben sei das Isohypsenfeld der 1000 hPa Druckfläche (untere Abb.,

durchgezogene Linien) mit Isothermen (untere Abb., gestrichelte Linien).

• Bei gleicher Temperaturabnahme mit der Höhe folgen obige Isothermen und

Isohypsen der 500 hPa-Fläche.

• In der Höhe geht das Zellenfeld am Boden in eine Wellenform über.

• Das Tief wird in der Höhe nach Nordwest und das Hoch nach Südwest verschoben.

Zusammenhang zwischen Boden- und

Höhenkarten

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Übungen zu VII.1.3

1. Das Druckfeld am Boden weise eine Druckzunahme von 5 hPa auf 100 km von Süd nach Nord auf. Weiter herrsche ein

Temperaturgradient von West nach Ost von 5 K auf 100 km. Schätze den geostrophischen Wind am Boden und in 5 km Höhe ab.

2. Verifiziere den Übergang zwischen den beiden Druckfeldern (unten → oben) der Folie „Zusammenhang zwischen Boden- und Höhenkarten“

qualitativ mit der thermischen Windgleichung (qualitatives Einzeichnen des thermischen Windvektors).

3. Vollziehe durch ungefähres Einzeichnen des thermischen

Windvektors die Zusammenhänge zwischen Boden- und Höhenkarte auf den folgenden Wetterkarten nach. Gehe dabei davon aus, dass insbesondere Luft aus Norden kommend eher kalt, aus Süden

kommend eher warm ist.

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