Brigitte Klose. Meteorologie. Eine interdisziplinäre Einführung in die Physik der Atmosphäre

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1 Springer-Lehrbuch

2 Brigitte Klose Meteorologie Eine interdisziplinäre Einführung in die Physik der Atmosphäre 123

3 Prof. Dr. Brigitte Klose Fachhochschule Oldenburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven Fachbereich Seefahrt Weserstraße Elsfleth Deutschland Brigitte.Klose@els.fh-oldenburg.de ISBN e-isbn DOI / Springer Lehrbuch ISSN Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar Springer-Verlag Berlin Heidelberg Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichenund Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandgestaltung: WMXDesign GmbH Heidelberg Satz und Herstellung: le-tex publishing services ohg, Leipzig Gedruckt auf säurefreiem Papier springer.com

4 Vorwort Das vorgelegte Buch beruht auf langjähriger Lehrtätigkeit, die mit den Vorlesungen für Meteorologie an Humboldt-Universität zu Berlin begann und mit denen für Navigation und Meteorologie am Fachbereich Seefahrt in Elsfleth ihre Fortsetzung fand. Es ist einerseits aus dem Mangel an aktuellen deutschen Lehrbüchern entstanden und beruht andererseits auf dem nicht ganz uneigennützigen Grund, während der Vorlesungen nicht fortwährend die Tafeln säubern zu müssen. Außerdem hat mir das Schreiben schon immer große Freude bereitet. Ausgearbeitet wurde es in erster Linie für Studenten der Meteorologie, Geographie, Geophysik und Nautik sowie alle meteorologisch Interessierten, die sich im Studium oder im täglichen Leben mit der Meteorologie bzw. dem Wetter befassen müssen. Häufig wird dabei geglaubt, dass ein einziger Blick zum Himmel bereits eine Wetterprognose ermöglicht. In der Regel kann aber ein unvorbereiteter Meteorologe zum künftigen Wetterablauf seiner Komplexität wegen keine exakten Auskünfte geben. Deshalb verschweigt er entweder ganz gerne seinen Beruf oder bezeichnet sich als angewandter Physiker, was er natürlich auch ist. Um den Lesern einen Zugang zur Physik der Atmosphäre zu ermöglichen, wurde auf Grund der großen Mannigfaltigkeit der meteorologischen Prozesse und Erscheinungen versucht, neben mathematischen und physikalischen Grundkenntnissen auch spezielle meteorologische Sichtweisen und Arbeitsmethoden zu vermitteln sowie eine breite Palette meteorologischer Phänomene in verständlicher Weise zu beschreiben, ihre Entstehungs- und Wirkungsmechanismen aufzuzeigen und ihre Auswirkungen zu beleuchten, denn letztendlich zeigt sich der Zustand der Atmosphäre am Wetter. Für den Fortgang der jeweiligen Ausführungen und zum besseren Verständnis der abgehandelten Problematik sind eine Reihe von Skizzen, Abbildungen und Illustrationen dem Text beigefügt. Am Ende des Buches befinden sich außerdem als Motivation zum Lernen bzw. zur Ermunterung der Sinne beim Lesen für die einzelnen Kapitel entsprechend ausgewählte Farbtafeln. Neben dem Gebrauch des Buches als Lern- und Lehrmittel kann es ebenso von Hobbymeteorologen verwendet werden, die sehr fleißig und exakt beobachten aber sich einige Zusammenhänge meist nicht vollständig erklären können. Sie finden insbesondere aus der älteren Literatur mannigfaltige Hinweise, oft in Wettersprüchen v

5 vi Vorwort oder Regeln zusammengefasst, die Einsichten in die ablaufenden meteorologischen Prozesse vermitteln und zur Klärung der beobachteten Erscheinungen beitragen. Da man in der meteorologischen Literatur meist wenig über die Sichtweite und die Gewitterbildung findet, was ärgerlich ist, sind hierzu zwei umfangreiche Kapitel entstanden. Sie beinhalten vor allen Dingen auch den Blitzschutz, denn die wachsende Zahl der Stadtbewohner wird in der Regel mit diesem Phänomen nur im Urlaub konfrontiert und besitzt keinerlei Erfahrung im Umgang mit der Gewitterelektrizität. Damit ist das Buch auch von ganz allgemeinem Interesse, so für Ballonfahrer, Segelflieger und Drachengleiter, die ein sich entwickelndes Gewitter sehr sorgfältig beobachten sollten. Denn meist ist man in 10 bis 15 Minuten an der Obergrenze einer Gewitterwolke angekommen, während der Abstieg dagegen wesentlich schwieriger wird, weil man sich neben Hagel- und Blitzschlag, Donner und Turbulenzen großer Wassermassen erwehren muss. Man kann beispielsweise ganzleicht in einer Gewitterwolke ertrinken. Besonderes Interesse an diesem Buch sollten ebenfalls Pädagogen haben, da sie Klassenfahrten oder Wanderungen in die freie Natur unternehmen, auf denen sich Wetter- und Wolkenbeobachtungen durchführen lassen. Auch Lehrende und Auszubildende, die Übungen zu Land, zur See und auf Schiffen absolvieren, können sich die notwendigen meteorologischen Kenntnisse anhand dieses Buches aneignen, weil sein letztes Kapitel speziell der Seefahrt gewidmet ist und praxisrelevante Konzepte zur Sturmnavigation enthält. Geht man allerdings von den derzeitigen weltweiten Informations- und Wissensströmen in schriftlicher und mündlicher Form aus, dann ist das Buch nur als kleiner Baustein im Gebäude der Meteorologie zu sehen, was nicht betrüblich ist, denn überaus viele Bausteine pflastern den steinigen Weg zur Erkenntnis. Oldenburg, Januar 2008 Brigitte Klose

6 Danksagung Bei allen, die mich in entgegenkommender und fördernder Weise begleitet haben, möchte ich mich ganz herzlich bedanken. Mein besonderer Dank gilt jedoch meiner Familie und hier insbesondere meinem Mann, der mir immer emotionale und vor allem fachliche Unterstützung gab, viele Kapitel aus physikalischer Sicht kritisch gelesen und sich der mühsamen Prozedur einer Endkorrektur gestellt hat. Auch meiner Tochter Isabel, die für die digitale Satz- und Bildverarbeitung, den Gestaltungsentwurf sowie die Text- und Layoutkorrekturen viele Stunden ihrer Arbeitszeit opferte, möchte ich von ganzem Herzen danken. Bereichert wird das Buch auch durch Abbildungen aus den Diplomarbeiten meiner Studenten, die mir diese überlassen und mich damit sehr unterstützt haben. Gedankt sei ebenso dem Deutschen Wetterdienst, der die Verwendung vieler Abbildungen gestattete, und der Firma Dehn & Söhne aus München für Ihre Blitzfotos sowie den Verlagen DiGraph aus Lahr und Editions Nathan Paris. Zu Dank verpflichtet bin ich auch allen Kollegen, Wissenschaftlern und an der Meteorologie Interessierten, die mir in uneigennütziger Weise sofort die Verwendung ihrer Abbildungen gestatteten, so Prof. Dr. D. Etling, Diplom-Meteorologe M. Kurz, Dr. D. Kasang,Prof.Dr.M.Latif,Prof.Dr.J.M.Moran,Prof.Dr.O.-W.Naatz,Dr.T.Draheim, Prof. Dr. W. Wehry, Dr. H. Hansson, Herrn K.G. Baldenhofer und Herrn N. Marschall sowie vielen anderen mehr. Mein Dank gilt auch den Buchverlagen und Redaktionen sowie ihren Mitarbeitern, die mir einen Teil der ausgewählten Abbildungen von Prof. Dr. H. Fortak, Prof. Dr. H. Häckel, Prof. Dr. M. Hendl, Prof. Dr. P. Hupfer und Prof. Dr. H. Kraus zur Verfügung stellten und damit für ein freundliches Aussehen des Buches gesorgt haben. Oldenburg, Januar 2008 Brigitte Klose vii

7 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Begriffsbildung und Einteilungsprinzipien Zeitlicher und räumlicher Maßstab Synoptische Meteorologie Klimatologie PhysikalischeGrößenundihreMaßeinheiten Die Erdatmosphäre: Ihre chemische Zusammensetzung, vertikale Struktur und Physik ZusammensetzungderErdatmosphäre AtmosphärischerWasserdampf AtmosphärischesOzon AtmosphärischesKohlendioxid Methan Distickstoffoxid DerTreibhauseffekt Auswirkungen des Treibhauseffektes ThermohalineZirkulation VertikaleStrukturderErdatmosphäre Einteilungsprinzip: Vertikaler Temperaturverlauf Einteilungsprinzip: Solarer Strahlungsumsatz Einteilungsprinzip: Ionisierungsgrad Polarlichter Die Lufthülle der Erde als thermodynamisches System GesetzefüridealeGase Übungen Thermodynamische Betrachtungen Wärmekapazität Zustandsänderungen PotentielleTemperatur ix

8 x Inhaltsverzeichnis 3.3 VertikalerTemperaturgradient Stüve-Diagramm Änderungen der Schichtungsstabilität Übungen Meteorologische Größen: Ihre Messung sowie räumliche und zeitliche Variabilität DerLuftdruck Hydrostatische Grundgleichung BarometrischeHöhenformel Geopotential und Höhenwetterkarte Standardatmosphäre LuftdruckverteilungimMeeresniveau BarischeSystemederfreienAtmosphäre GlobaleDruckverteilungimMeeresniveau Zeitliche Variation des Luftdrucks Übungen DieLufttemperatur Der Wärmezustand eineskörpers Temperaturskalen Temperaturmessung Basismessverfahren Zeitliche und räumliche Variation der Lufttemperatur Wärmetransport durch Wärmeleitung, KonvektionundStrahlung Temperaturbestimmung in der meteorologischen Praxis Übungen DieLuftfeuchtigkeit Gleichgewichtsformen zwischen Wasser und Wasserdampf Wasserdampfdruck bei Sättigung WasserdampfalsidealesGas Feuchtigkeitsmaße Feuchtemessung Übungen Meteore,Hydrometeore,WolkenundNebel Wolken Nebel Übungen DerWind Windbestimmung an Bord CharakteristikadesWindfeldes ÄnderungdesWindesmitderHöhe Windmessung Übungen

9 Inhaltsverzeichnis xi 4.6 DieStrahlung Solarstrahlung Wärmestrahlung Strahlungsgesetze Solarkonstante Strahlungsmodifikationen Strahlungshaushalt Erde Atmosphäre WärmeverteilungimWasser Strahlungsmessung Übungen DieSichtweite Aerosole MeteorologischeSichtweite ExperimentelleBestimmungderSichtweite Übungen Satelliten als Hilfsmittel der Analyse und Diagnose Satelliten und Satellitensysteme Geostationäre Satelliten Polumlaufende Satelliten GlobalesSystem Satellitenbildinformationen Bildformate EigenschaftenderBilddaten AtmosphärischeFensterundAbsorptionsbereiche Bilddaten Satellitenprodukte Analyse einer Bodenwetterkarte mittels Satellitenbilder Übungen Kräfte in einem rotierenden Bezugssystem DieGradientkraft Vertikalkomponente der Gradientkraft Horizontalkomponente der Gradientkraft DieSchwerkraft Die Reibungskraft DieZentrifugal-undCorioliskraft UnterschiedlicheKoordinatensysteme Zentrifugal- und Coriolisbeschleunigungen Coriolisparameter Übungen

10 xii Inhaltsverzeichnis 7 Horizontale Bewegungsgleichungen Der geostrophische Wind DerGradientwind Der zyklostrophische Wind Trägheitsströmung DerBodenwind Übungen Eigenschaften von Geschwindigkeitsfeldern KonvergenzundDivergenz Horizontaldivergenz als Skalarprodukt HorizontaldivergenzinnatürlichenKoordinaten Krümmungs- und Scherungsvorticity Krümmungs- und Scherungsvorticity innatürlichenkoordinaten Zirkulation Kontinuitätsgleichung Luftmassen und Wetterlagen LuftmassenklassifikationnachScherhag CharakterisierungvonLuftmassen ModifikationvonLuftmassen Wetterlagen Die Tiefdruckgebiete der gemäßigten Breiten Polarfrontzyklonen Lebenszyklus einer Zyklone Polarfronttheorie Fronten Frontmodelle Übungen Konvektionszyklone Leezyklogenese TheoretischeErklärung Ablaufschema Zyklogenese PolareMesozyklone(PolarLow) Empirische Untersuchungsergebnisse Verlagerungsregeln Polar Lows in der Norwegischen See undvorderküstenorwegens Wettercharakteristika...267

11 Inhaltsverzeichnis xiii 11 Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre Strahlungsbilanz des Systems Erde Atmosphäre ModellzirkulationnachHadley ModifikationenderHadley-Zirkulation VertikaleZirkulationsräder MeridionaleEnergietransporte ZusammenfassungderEnergiebilanzbetrachtung Dynamische Betrachtungen SubtropischeHochdruckgebiete TropischeZirkulation ITCZ und ihre Besonderheiten MonsuntiefüberIndien DieaußertropischeZirkulation Zusammenfassung der dynamischen Betrachtung DieMonsunzirkulation Monsune im Indischen Ozean ENSO (El Niño Southern Oscillation) LaNiña ElNiño ENSOIndex(MEI) Nordatlantische Oszillation (NAO) Fernwirkungen Arktische Oszillation (AO) Nordpazifische Oszillation (NPO) Pazifische dekadische Oszillation (PDO) Konvektive Ereignisse und Systeme HochreichendeKonvektion Klassifikation von Gewittern Verlagerung von Gewittern Gewittertypen Luftmasseneigene Gewitter Frontgewitter Höheninduzierte Gewitter Gewitter als luftelektrische Erscheinungen Gewitterstatistik Elektrische Struktur von Gewitterwolken Gewitterblitze Gewitter mit Tornadobildung Meteorologische Bedingungen Tornadoentwicklung Tornadoskalen Tornadostatistik Kleintromben...323

12 xiv Inhaltsverzeichnis 13 Tropische Wirbelstürme WettersystemeindenTropen Empirische Befunde Räumliche und zeitliche Verteilung StruktureinertropischenZyklone SkalenzurIntensitätsbestimmung WirbelstürmeüberdemNordatlantik MeteorologischeNavigationshilfen Berechnung der maximalen Windgeschwindigkeiten Verlagerung(Orkanbahn) Seegang und Dünung Drucktendenzen NautischeHinweise Entfernung vom Zentrum Verlagerungsregeln GraphischesPlottverfahren VorgehensweiseundWettersituation Bestimmung des Ausweichkurses Die 40 -Methode VerfahrendesNationalHurricaneCenter(NHC)Miami Farbtafeln Quellenverzeichnis Literatur Internetquellen Anhang Schlüssel FM12 SYNOP Symbolverzeichnis Konstanten Sachverzeichnis...387

13 Abbildungsverzeichnis 1.1 Schematische Darstellung des Klimasystems und seiner Komponenten VektordarstellunginkartesischenKoordinaten AufbauderAtmosphäre ÄnderungderZusammensetzungderErdatmosphäre Eindringtiefe schädlicher Strahlung bei Absorption durch Gase Vertikale Ozonprofile für April (links) und Oktober (rechts) inabhängigkeitvonderbreite Ozonloch Entwicklung der CO 2 -Konzentration der letzten 1000 Jahre Globale Jahresmittelwerte der bodennahen Lufttemperatur TagesmaximumtemperaturinBremen TagesminimumtemperaturinBremen Temperaturveränderung in der unteren Stratosphäre Abnahme der arktischen Meereseisbedeckung Niederschlagssummen (mm) zwischen 1983 und 2002 für den Monat August in Dresden-Klotzsche ThermohalineZirkulation VerlaufdesGolfstromes Daansgard-Oeschger-ZyklenundHeinrich-Ereignisse SchichtenmaximalerIonenkonzentration MagnetfeldderErde Korrespondenz von Druck und Temperatur beiadiabatischenprozessen Geometrische Zustandskurve (TEMP) im (T,z)-Diagramm Thermische Stabilität der Schichtung (A,B,C,DundEentsprechenAufstiegskurven) xv

14 xvi Abbildungsverzeichnis 3.4 Trocken- und feuchtadiabatischer Temperaturgradient, Wolkenbasis sowie -bildung SchematisiertesStüve-Diagramm Thermische Verknüpfung zwischen Boden- und Höhendruckfeld Höhenwetterkarte Absolute Topographie 500 hpa Bodenwetterkarte IsobarenkonfigurationenineinerBodenwetterkarte Mittlere globale Luftdruckverteilung im Meeresniveau im Januar Mittlere globale Luftdruckverteilung im Meeresniveau im Juli Sturmtief Lothar am Luftdruckverlauf vom 13. bis auf einer Seereise vonaucklandnachoakland Stationsbarometer Strom-Spannungs-Kennlinie einer polymeren Leuchtdiode Tagesgang der Temperatur und anderer meteorologischer Elemente in Berlin-Friedrichshagen am AßmannschesAspirationspsychrometer Hüttenthermometer sowie Maximum- und Minimumthermometer Formen der Wasserdampfsättigung Dichte des gesättigten Wasserdampfes (absolute Feuchte) inabhängigkeitvondertemperatur Stratocumulus undulatus Große Naturkatastrophen BestimmungdesscheinbarenWindes DynamischbedingteTurbulenz EntwicklungvonthermischerKonvektion VertikalprofiledesBetragesdeshorizontalenWindvektors ÄnderungdesWindvektorsmitderHöhe(Angabeninm) Trägheitsschwingung des Vektors der ageostrophischen Windabweichung Hodographenkurven von V h in der Höhe des Windmaximums (358m) Hodographenkurve von V h in der Höhe des Windmaximums Entwicklung eines Windmaximums ineinerbaroklinengrenzschicht Bodennahe Windprofile in Abhängigkeit von der thermischen Schichtung Böenregistrierung Tagesgang des Windes zu unterschiedlichen Jahreszeiten inpotsdamundaufdemfichtelberg AusbreitungeinerelektromagnetischenWelle Spektrale Energieverteilung des Sonnenspektrums LambertschesGesetz...160

15 Abbildungsverzeichnis xvii 4.33 Globale Verteilung der täglichen Solarstrahlung in 10 3 kjm 2 d 1, die die Erdoberfläche erreicht WinkelabhängigkeitderRayleigh-Strahlung Intensitätsverteilung gestreuten Lichtes auf unterschiedliche Richtungen in Abhängigkeit von der Partikelgröße Sonne durch Nebel ( , 7.56 Uhr, Elsfleth) Sonne durch dünne Wolke ( , 8.58 Uhr, Elsfleth) Himmelslicht bei untergegangener Sonne Strahlungsbilanz einzelner Strahlungskomponenten AbsorptionskoeffizientvonsauberemWasser SchematischeDarstellungderBeobachtungeinesSichtziels Normsichtweite V N Rückstreumethodik Vorwärtsstreumethodik Direkte Vorwärtsstreumethodik Globales Satellitensystem IR-BildeinesTiefdruckgebietesdergemässigtenBreiten Aerosolfahne des El Chichón zwischen dem 5. bis 25. April AbleitungderDruckgradientkraft Entstehung von Bewegungen auf Grund horizontaler Temperaturunterschiede GeographischeKoordinaten Darstellung der Zentrifugalbeschleunigung Darstellung der Coriolisbeschleunigung Auswirkung der Coriolisbeschleunigung auf die Elbmündung Komponenten der Corioliskraft Wirkung von Druckgradient- und Corioliskraft auf ein anfangs inruhebefindlichesteilchen Wirkung von Druckgradient-, Coriolis- und Zentrifugalkraft Trägheitsströmung Strömungsverhältnisse in einem Hoch- und Tiefdruckgebiet Vektordiagramm der Kräfte in Erdbodennähe Divergenz und Konvergenz eines horizontalen Strömungsfeldes Hochtroposphärischer Strahlstrom NatürlichesKoordinatensystem Krümmungs- und Scherungsvorticity (K s entspricht der Stromlinienkrümmung) Komponenten der Windgeschwindigkeit zur Bestimmung derrelativenvorticity Zirkulation längs einer geschlossenen Kurve S NettoflussdurcheinVolumenelement...231

16 xviii Abbildungsverzeichnis 9.1 Relative Häufigkeitsverteilung der Großwettertypen ( ) differenziertnachderjahreszeit Luftmassen in Mitteleuropa. Modifiziert nach Scherhag 1948 und Schreiber OrkantiefCarolinmitZellularkonvektion Zugbahnen von Tiefdruckgebieten nach van Bebber ( ) ModellderPolarfront Lage des Polarfrontjet zwischen polarer und subtropischer Tropopause Lebenslauf einer Polarfrontzyklone mit einem zeitlichen Abstand der einzelnen Entwicklungsstadien von zwölf Stunden OkklusionsprozessundBodentrog Modell kinematischer Grenzbedingungen BodendruckverteilungimBereicheinerFront Warmfront mit Warm Conveyor Belt und Cold Conveyor Belt Modell einer Kaltfront erster Art mitverlaufdes WarmConveyorBelts Modell einer Kaltfront zweiter Art mitverlaufdes ColdandWarmConveyorBelts Entwicklung: KonvektionszykloneundthermischesHochdruckgebiet Föhnmauer Schematisierte Überströmungssituation einerschmalengebirgskette Föhnkeil auf der Nordseite (Luvseite) der Alpen ( ) PolareMesozyklone Strahlungsbilanz des Systems Erde Atmosphäre Entstehung der Hadley-Zirkulation auf Grund destemperaturgegensatzesäquator-pol Struktur der Meridionalzirkulation auf der Nordhalbkugel in Verbindung mit den bodennahen Windgürteln MeridionaleEnergietransporte Druck- und Windsysteme nahe der Erdoberfläche Skizze zur Druck- und Temperaturverteilung auf der Nordhalbkugel Druck-,Wind-undTemperaturverteilung NördlicheundsüdlicheITC Asiatisch-Afrikanischer Monsunbereich WindverhältnissewährenddesSommermonsuns TransäquatorialerMassentransport WindverhältnissewährenddesWintermonsuns Walker-Zirkulation in normalen Jahren (Dezember bis Januar) Anormale Winterzirkulation während El Niño

17 Abbildungsverzeichnis xix SOI-Index Atmosphärische und ozeanische Zirkulation während La Niña Atmosphärische und ozeanische Zirkulation während El Niño Multivariater ENSO-Index von 1990 bis NAO-Index für Dezember bis März ( ) Pazifische dekadische Oszillation ThermischeTurbulenz Entwicklungs- und Reifestadium einer Gewitterwolke SchematisierteDarstellungeinerBöenfront Zerfallsstadium Einzelliges Gewitter Sommergewitter bei Colmar Mehrzelliges Gewitter Verlagerung mehrzelliger Gewitter MesoskaligekonvektiveKomplexe Superzelle BodenwindfeldimZusammenhangmiteinerSuperzelle LuftelektrischesFeld Anzahl der Gewittertage Dipolmodell Tripolmodell Blitzentladung Photographie eines Tornados von Tornadoentwicklung in Verbindung mit einer Superzelle StaubteufelinLachterhausenbeiCelle Inner-oderintertropischeKonvergenzzone EasterlyWave TropischerWirbelsturmOman GeografischeVerteilungvontropischenWirbelstürmen StruktureinertropischenZyklone HäufigkeittropischerWirbelstürmeüberdemAtlantik QuadranteneinestropischenWirbelsturmes Zugbahn eines tropischen Wirbelsturmes Radarbild des tropischen Wirbelsturmes Wilma (2005) GraphischeInterpretationderRegel GraphischeInterpretationderRegel Plottverfahren (Gefahren- und Streukreis sowie Wahl desausweichweges) Plottverfahren (Bestimmung des Ausweichskurses undderneuenrelativgeschwindigkeit) Methode Auswerteschema für die Regel gemäß Holweg

18 Tabellenverzeichnis 1.1 Atmosphärische Prozesse und ihre Zuordnung zur Raumskala (Orlanski 1975) Proportionalität von Raum- und Zeitskala SI-Einheiten gemäß Physikalisch-Technischer Bundesanstalt (PTB 1994) PräfixefürSI-Einheiten Abgeleitete SI-Einheiten gemäß Cohen Zusammensetzung der Atmosphäre bis in ca. 100 km Höhe (Hauptbestandteile) Zusammensetzung der Atmosphäre bis in ca. 100 km Höhe (nichtvariablespurengase) Zusammensetzung der Atmosphäre bis in ca. 100 km Höhe (variablespurengase) Grenzwerte und Toleranzmargen für Luftverunreinigungen TreibhauseffektderErdedurchdiewichtigstenSpurengase AufbauderatmosphärischenGrenzschicht Feuchtadiabatischer Temperaturgradient γ f (K/100m) NormalatmosphärefürausgewählteHöhenstufen StandardisobarflächeninderMeteorologie Druck-Masse-VerhältnisinderErdatmosphäre Druckabhängigkeit der mittleren freien Weglänge TemperaturdesWasserdampfesübersiedendemWasser Volumenausdehnungskoeffizienten verschiedener Stoffe TemperaturkoeffizientenvonLeiternundHalbleitern TemperaturkoeffizientenunterschiedlicherSensoren AusgewählteInfrarotdetektoren ThermischeKoeffizientenfürausgewählteMaterialien xxi

19 xxii Tabellenverzeichnis 4.11 Sättigungsdampfdruck des Wasserdampfes in hpa über Wasser e W (t) bzw. Eis e E (t) Sättigungsdampfdruck e w (t) des Wasserdampfes (hpa) abhängig von der Temperatur t ( C) Absolute Feuchte a bei Sättigung in Abhängigkeit von der Temperatur t Mischungsverhältnis m in g/kg bei Sättigung in Abhängigkeit vom Luftdruck Virtueller Temperaturzuschlag T s für gesättigte Luft Größe und Fallgeschwindigkeit von Wolken- und Niederschlagselementen Wolkenstockwerte in Abhängigkeit von der geographischen Breite Wolkenklassifikationen (gemäß Wolkenatlas 1990) dto Horizontale Windrichtung nach einer 360-teiligen Gradskala Beaufort-Skala ErweiterteBeaufort-Skala Mittlere Rauhigkeitshöhe z o für verschiedene Eigenarten der Erdoberfläche Elektromagnetisches Spektrum der Sonnenstrahlung Ausstrahlung eines schwarzen Körpers und Wellenlänge maximaler Strahlungsintensität Wechselwirkung von Strahlung (λ = 555 nm) und Materie inderatmosphäre VerhältnisderStreuintensitäten Absorptionsbanden Reflexionsvermögen der Erdoberfläche in Prozent Globale natürliche und anthropogene Aerosolquellen (Mt/a) InternationalerSichtweitecode Häufigkeit der Großwettertypen (Gerstengarbe 1999) Temperaturen in der freien Atmosphäre in Verbindung mitkontinentalerpolarluft Luftmassenmodifikationen Großwetterlagen in Europa nach Heß Wetterablauf bei Passage einer Warmsektorzyklone mit Zentrum polwärtsvombeobachter Druck-undZirkulationssyteme Auswahl schwerer Winterstürme in Europa seit Daten zum Blitz Fujita-Skala für Tornadostärken Ausprägung der Auf- und Abwärtsströme im Tornadobereich (Hermant 2001)

20 Tabellenverzeichnis xxiii 13.1 Jährliche Anzahl und Bezeichnung tropischer Wirbelstürme Zuordnung von Windstärke und Luftdruck zurcurrentintensitynumber(ci) Safir-Simpson-Skala QuadrantenmerkmaleeinestropischenWirbelsturmes Entfernung eines Schiffes vom tropischen Wirbelsturm

21 Verzeichnis der Farbtafeln 1 Globale Ozonkonzentration in DU am 14. März Vertikale Verteilung des Ozonpartialdruckes nachfeistermollindenberg Perlmutterwolken(PCs)(JariPiiki) Perlmutterwolken in Breiðdalsvik am (Hakon Hanson) Niederschlag im Jahresmittel (Szenario A1B) für 2080 bis 2099 im Vergleich zu 1980 bis Rekordniederschläge im August Polarlicht in Helvesiek vom 6./7. April 2000 (H. Bardenhagen) Cirrus(Ci) Cirrusuncinus(Ciunc) Cirrostratus(Cs)undCirrocumulus(Cc) Altocumulus(Ac) Altostratus(As) Nimbostratus(Ns) Stratocumulus stratiformis undulatus (Sc str un) Stratocumulus(Sc)überderBurgStaufen Stratus(St) Cumulus fractus, humilis, mediocris (Cu fra, hum, med) Cumulus congestus (Cu con) Cumulonimbus(Cb)calvus Feuchter Dunst auf Elba (September 2006) WiesennebelinOldenburg-Etzhorn Gekrümmte Lichtstrahlen im feuchten Dunst bei Butteldorf/Wesermarsch am (um LT) Strahlungshaushalt D-Temperaturverteilung El-Niño-Ereignis Golfstrom Böenwalze bei einem Sommergewitter (B. Beyer) Wolke-Erde-Blitz xxv

22 xxvi Verzeichnis der Farbtafeln 29 Wolke-Wolke-Blitz Blitzentladung am Berliner Fernsehturm Erde-Wolke-Blitz...366