Einführung in die Meteorologie (met210) - Teil VII: Synoptik

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1 Einführung in die Meteorologie (met210) - Teil VII: Synoptik Clemens Simmer

2 VII Synoptische Meteorologie Synoptik ist die Zusammenschau der Wettervorgänge in Raum und Zeit mit dem Ziel der Wetteranalyse und Wettervorhersage. Die Synoptik ist Teil der Angewandten Meteorologie. 1. Allgemeines - Definitionen - Darstellungsweisen - dreidimensionale Sicht thermischer Wind 2. Synoptische Systeme mittlerer Breiten - verschiedene Skalen - Entstehung von Tief und Hochs - Frontentheorien 2

3 VII.1 Allgemeines zur Synoptik Definition und Grundlagen Definition wissenschaftliche und technische Grundlagen Geschichte Darstellung synoptischer Felder Bodenkarten Höhenkarten Stationsmodell Thermische Verknüpfung von Boden- und Höhenwetterkarten thermischer Wind Barotrope und barokline Felder 3

4 VII.1.1 Definition und Grundlagen Synoptik: Zusammenschau der 4D-Verteilung der meteorologischen Parameter mit dem Ziel der Wetteranalyse und der Prognose. Wetteranalyse umfasst die 4D-Verteilung aller meteorologischen Größen im Sinne einer Prozessanalyse. Prognose erfordert quasi-echtzeitverfügbarkeit globaler Daten in den nationalen oder internationalen Vorhersagezentren meteorologischen (synoptischen) Sachverstand und/oder Prognosemodelle (Nutzung von Erkenntnissen der theoretischen Meteorologie, Atmosphärenphysik und -chemie, Hydrologie,, numerische Mathematik und Informatik 4

5 Synoptische Skala Auflösung von Tiefdruckgebieten (einschließlich Fronten) und Hochdruckgebieten andere Größenordnungen - U ~ 10 m/s - T ~ h d zwischen globaler Skala und Mesoskala notwendiges Beobachtungsnetz: - < 50 km - ~ 3 h 5

6 Beobachtungssysteme in quasi-echtzeit verfügbare klassische Messungen Klimamessnetze Fernerkundungsverfahren 6

7 Beobachtungssysteme (1) per Global Telecommunication System (GTS) in quasi- Echtzeit verfügbar synoptische Stationen (1 pro 40 km, Land und Volontary Observing Ships, VOS) Druck, Temperatur und Feuchte in 2 m, Wind in 10 m Höhe Niederschlagsmessung (Ablesung nur 6 und 18 UTC) Maximum- (18 UTC) und Minimumtemperatur (6 UTC) Wolkenbeobachtungen und allgemeine Wetterbeobachtungen um 00, 03, 06, UT global gleichzeitig aerologische Stationen (1 pro 200 km, vorw. Land, Wetterschiffe) T(z), p(z), RH(z), ff(z), dd(z) um 00, 06, 12, 18 UT (viele auch nur 00) asynoptisch teilweise über GTS in Echtzeit verfügbar Flugzeugmessungen (T(z), p(z), Feuchte(z), ) Satellitenmessungen (indirekte Informationen über fast alle Parameter mit unterschiedlicher Qualität) 7

8 Aerologische Stationen (Radiosonden) Synoptische (Wetter-)Stationen 8

9 Beobachtungssysteme (2) ca. 1 x pro Monat verfügbar, u.a. für Validierung Klimastationen (1 pro 20 km, Land und Voluntary Observing Ships (VOS)) alle meteorologischen Parameter ähnlich synoptische Stationen Beobachtungszeiten an Lokalzeiten orientiert Niederschlagsmessnetz (1 pro 10 km über Land) nur Tagessummen werden stark ausgedünnt zunehmend Ersatz durch in Echtzeit meldende zeitlich hochauflösende Regenmesser, z.b. zur Eichung von Radarniederschlägen Radarnetzwerke (alle 5 Minuten, quasi-echtzeit) Verknüpfung nationaler Netzwerke im Ausbau Eichung mit Regenmessern instantaner Fehler ca. 100% zunehmenden Nutzung für Prognose 9

10 Karten Klimastationen Niederschlagsstationen 10

11 Radarnetzwerk DWD C-Band DWD- Radarverbund - Horizontabtastungen alle 5 min - Auflösung 1x1 km 2 X-Band Radare Bonn und Jülich Bonn 11

12 Europäische Wetterradarnetze 12

13 Prognosemodelle In Europa derzeit noch vier nationale Prognosemodellsysteme DWD et al./cosmo (GME, 50 km Aufl., COSMO-EU, 7km Aufl., COSMO-DE 2,8 km Aufl., >30 vertikale Schichten) MeteoFrance et al. (ALADIN) UK MetOffice et al. (UM) Schweden et al. (HIRLAM, kein Globalmodell) Europäisches Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersage (EZMW, ECMWF, Reading, UK) Finanziert von fast allen nationalen europäischen Wetterdiensten Beschränkung auf Mittelfrist, Jahreszeitenvorhersage derzeit international bestes Vorhersagesystem für synoptische Skala erstellt globale Reanalysen (z.b. ERA40), alternativ die USamerikanischen NCEP Reanalysen 13

14 Bausteine der modernen Wettervorhersage 1. Online-Datensammlung 2. Datenassimilation -> aktueller Zustand der Atmosphäre Verschmelzen von Beobachtungen und alter Vorhersage Methoden - Nudging - 3-dimensionale variationelle Datenassimilation - 4-dimensionale variationelle Datenassimilation - Ensemble-basierte Datenassimilation - 3. Vorhersagelauf mit Modell - deterministische Vorhersage - Ensemble-Vorhersage 4. Interpretation der Modellausgabe Model Output Statistics (MOS) 14

15 Anfangswertproblem/Datenassimilation Der Anfangszustand der Atmosphäre ist durch vorhandene Beobachtungen noch stark unterbestimmt: Es werden ~10 7 Modellwerte benötigt, doch sind nur ~10 5 irregulär verteilte Messwerte vorhanden. Lösung: Verwendung eines vorhergesagten Modellszustandes als Zusatzinformation (sogenanntes Hintergrundfeld), in das die Messwerte assimiliert werden Modellauf Bodenstationen Assim. Modellauf Assim. Modellauf Satellitenprofile Beo. Beo. Zeit

16 Historische Entwicklung 1833 Erfindung der Telegraphie 1842 erste aktuelle synoptische Karte aus per Telegraph übermittelten Messungen (USA) 1849 erste aktuelle Zeitungswetterkarte (UK) 1854 erster deutscher meteorologischer Dienst (Einrichtung nach Schiffskatastrophe durch Wettereinwirkungen) 1873 International Meteorological Organisation (IMO, heute World Meteorological Organisation, WMO) 1877 Internationale Vereinbarungen über globale Wetterdatenübermittlung 1922 Richardson macht die erste numerische Wettervorhersage für 6 Stunden (braucht dazu Monate) 1922 Polarfronttheorie von Bjerknes und Solberg 1950 erster brauchbarer Computer 1950 erste brauchbare numerische Wettervorhersage (Charney, Fjortoft, v. Neuman auf ENIAC) 1954 Erste operationelle numerische Wettervorhersage durch Rossby (Schweden) 1960 erster meteorologischer Satellit 16

17 Übungen zu VII Verfasse auf einer Seite eine Beschreibung der vier Stufen der modernen Wettervorhersage. Verwende dabei alle Begriffe die auf der Folie Bausteine der moderen Wettervorhersage aufgeführt sind. 17

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