Meteorologie Grundlagen

Die Meteorologie ist eine komplexe Wissenschaft. Die Wettervorhersage ist nur ein Teil davon. Frei übersetzt heisst Meteorologie, die Wissenschaft was in der Atmsophäre geschieht. Um Wetter überhaupt vorhersagen zu können brauicht es eine Menge Daten. Diese Daten bekommen die Wetterdienste von Wetterstationen, Schiffen, Wetterballonen, Bojen und Flugzeugen aber auch mittels Radar und den Wettersatelliten wie dem Meteosat. Dieser kreist in 36000 km Höhe in seiner Umlaufbahn um die Erde. Ich möchte Ihnen hier mein Grundwissen weiter geben und versuche es so verständlich wie möglich zu gestalten.

 

Wichtiger Hinweis : Da ich ein Mensch bin sind auch bei mir Fehler möglich ! Ich bemühe mich diese zu vermeiden ! Wenn Sie sich mehr und intensiv mit dem Thema befassen möchten empfehle ich Ihnen folgende Website :wetteran

 

 

Der Aufbau der Erdatmosphäre

Meteorologie Grundlagen Atmosphäre
Querschnitt der Erdatmosphäre mit Höhenangaben und Dicke

Wie Sie sehen sieht unsere Erdatmosphäre aus wie eine Zwiebelschale die in mehreren Schichten über der Erde aufgebaut ist. Das Wetter spielt sich dabei in der untersten Schicht, der Troposphäre ab bzw. Tropopause ab. Dabei können zum Beispiel Gewitterwolken Höhen von 10 bis 12 km erreichen. Am Äquator auch deutlich höher. Der für unser Wetter bestimmende Jetsream ( Starkwindband ) befindet sich in etwa auf 10000 Metern Höhe und wird gerne von Verkehrsflugzeugen genutzt um Zeit und Treibstoff zu sparen. Das schauen wir uns aber in einem späteren Kapitel an.

Meteorologie Grundlagen Druckflächen
Druckflächen, Wolkentypen, Starkwindbänder und Höhen

An der Grafik sehen wir den Aufbau der meteorologischen Höhen ( Druckflächen ) mit Wolkentypen und Jetbenennungen. Wie erwähnt sind Jetstreams sogenannte Starkwindbänder. Diese Starkwindbänder werden ab gewissen Windgeschwindigkeiten definiert. Der oberste Jetstream muss eine Geschwindigkeit von mindestens 65 Knoten ( 120 km/h ) erreichen um als sollcher definiert zu werden. Seine Lage bestimmt den Namen. Über der Nordhalbkugel windet sich der sogenannte Polarjet und südlich Richtung Aquator findet sich der schwächere Subtropenjet.

Die Höhen ergeben uns bei den Wolken Aufschluss im welche Agregatzustand die Wassertröpchen auftreten. Bei den hohen Wolken wie Cirrus oder der Cirrostratus sprechen wir von Eiswolken. Hier befindet sich kein Wasser sondern nur Eiskristalle. Diese werden oftmals von starken Höhenwinde verweht was die hakenförmigen oder faserigen Strukturen auslösen. Manchmal nennt man diese auch gerne Polarbanden. In den mittleren Wolkenschichten befinden sich die Mischwolken wie Altostratus oder Altocumulus. Hier befinden sich Eiskristalle und flüssige Wassertröpchen. In den tieferen Schichten finden sich dann nur noch die Wasserwolken. Regenwolken aber auch Nebel gehören dazu. Die Haufenwolken ( Blumenkohlwolken ) Cumulus, Cumulonimbus sind sogenannte vertikale Wolken. Sie steigen empor und können alle Höhenschichten erreichen und daher kommen in ihnen alle Agregatzustände vor.

Das Tiefdruckgebiet

Bei einem Tiefdruckgebiet kommt es zum Aufsteigen einer Warmluftmasse, weil warme Luft leichter ist als Kaltluft. Die Luft die aufsteigt fehlt am Boden was einen Druckabfall auslösst. Da die Natur immer bestrebt ist ein Gleichgewicht herzustellen muss sie nun die fehlende Luft ersetzen. Also fliesst Luft an die Stelle wo die Luft fehlt. Das Resultat bezeichnen wir als Wind.

Meteorologie Grundlagen Hoch und Tief
Strömungskreislauf zwischen Hochdruck- und Tiefdruckgebieten

Die aufsteigende Luft hat eine Menge Wasserdampf bei sich und irgendwann beginnt dieser auszukondensieren. Es bilden sich Wolken. Ist die Wolke soweit gesättigt bzw. die Luft das das Gewicht schwerer ist als das was die Luft halten kann fällt diese als Regen oder Schnee zu Boden. In einem kleineren Rahmen verhält es sich bei einer Gewitterwolke ähnlich. Nun kommt zum Tief noch sogenannte Fronten. Diese bilden sich an Frontalzonen. Dabei liegen sich Kaltluft und Warmluft gegenüber. Auch hier setzt der Gleichgewichtssinn der Natur ein. Dort wo es warm ist will die Natur für Abkühlung sorgen und somit strömt die Kaltluft in die Warmluft und umgekehr ist es genauso. An den Grenzen dieser Luftmassen entwickeln sich die Fronten. Dabei kommt es zu nächst zu einer Welle. Die Kaltfront ist schneller als Warmluft und eilt somit der Warmfront hinter her. Dort wo die Kaltfront die Warmfront einholt entsteht die Mischfront. Das bedeutet, die Fronten okkludieren. Auf der folgenden Grafik sehen wir wie sich das auf die Tiefdruckentwicklung auswirkt.

Meteorologie Grundlagen Hoch und Tief
Fronten und Lebenszyklen eines Tiefs

Aufgrund des Druckunterschiedes der ensteht bilden sich dann die als grafisch dargestellten Linien die Isobaren. Hierbei gilt, je enger die Linien desto grösser der Unterschied und desto stärker weht der Wind. Kommt es dabei zu labilen Verältnissen wie an einer Kaltfront so kann dabei der Höhenwind herabgemischt werden. Das nennt man den vertikalen Impulstransport. Eine Faustformel besagt : " Der Mittelwind in 850 hPa ( Grenzschicht ) erreicht ab etwa 300 Metern Höhe die Windgeschwindigkeit in Böen.

Meteorologie Grundlagen Tiefdruckgebiet
Aufbau eines Tiefdruckgebietes

relative Vorticity

Bei hoher relativer Vorticity addieren sich zyklonale Krümmungs- und Scherungsvorticity. Das Produkt ist die positive Vorticity Advektion ( PVA ). Anschaulich gesprochen wird bei PVA höhere Vorticity in ein Gebiet mit niedriger Vorticity transportiert, daher das positive Vorzeichen.

Krümmungsvorticity
zyklonale und antizyklonale Krümmungsvorticity

In den gebieten mit PVA mit der stärksten Hebung können sich am Boden Tiefdrickgebiete entwickeln. Im NVA ( negative Vorticity Advektion ) Hochdruckgebiete.

 

Ein Bodentief das sich hingegen mit der Nähe zur Jetachse bewegt, vertieft sich wegen der Vorticityfreiheit nicht. Es kann aber recht hohe Zuggeschwindigkeiten erreichen und über kurze Zeit große Entfernungen zurücklegen ( über 1000 km in 24 h ). Ein derartiges Tief wird Schnellläufer genannt. Sind hohe Verlagerungsgeschwindigkeiten und starker Druckabfall kombiniert, können die Winde in Bodennähe Orkanstärke erreichen. Beispiel : Orkan Lothar 26.12.1999

Fortsetzung folgt ( 14.10.2018 )