Allgemeine Meteorologie

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1 Gösta H. Liljequist Konrad Cehak Allgemeine Meteorologie 3., überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 359 Bildern, 24 Tabellen, 3 Karten und 30 Photos im Anhang V Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig / Wiesbaden

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 2. Die Gasgesetze Einheiten für Temperatur und Druck Die allgemeine Gaszustandsgleichung Die allgemeine Gaszustandsgleichung für Gasgemische Die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre Die meteorologischen Elemente 7 3. Die Strahlung Definitionen und Einheiten Die Temperaturstrahlung Die Sonnenstrahlung Das Spektrum der Sonnenstrahlung Die Intensität der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre die direkte Sonnenstrahlung Die Globalstrahlung Die terrestrische Strahlung Das Spektrum und die allgemeinen Eigenschaften der Strahlung Der Strahlungshaushalt der Erdoberfläche und der Atmosphäre Meteorologische Strahlungsmeßgeräte Die Lufttemperatur ; Die Bestimmung der Lufttemperatur Flüssigkeitsthermometer Deformationsthermometer. Der Thermograph Elektrische Thermometer Thermoelemente Widerstandsthermometer Strahlungsschutz Das Nachhinken der Thermometer Die Faktoren, die die Lufttemperatur bestimmen Die Temperaturverteilung auf der Erde ' Die Luftfeuchtigkeit Methoden zur Beschreibung der Luftfeuchtigkeit Die Dichte der feuchten Luft. Die virtuelle Temperatur Die Bestimmung der Luftfeuchtigkeit Das Psychrometer Das Haarhygrometer. Der Hygrograph Das Frostpunkthygrometer Die Luftfeuchtigkeitsverteilung über der Erdoberfläche Die Behaglichkeitsempfindung und die Schwüle Der Luftdruck, Definitionen Die Abnahme des Luftdruckes mit der Höhe Die Messung des Luftdruckes Das Quecksilberbarometer Die Reduktion der Barometerablesung auf 0 C und Normalschwere Die Reduktion des Luftdruckes auf das Meeresniveau Das Aneroidbarometer J..' Das Siedebarometer oder Hypsometer.. 61

3 VIII Inhaltsverzeichnis 6.4. Die Luftdruckverteilung im Meeresniveau Isobare Flächen Die zeitliche Änderung des Luftdruckes Der Wind, die Bewegung der Luft Windbeobachtungen nahe der Erdoberfläche Die Messung des Windes in der freien Atmosphäre der Höhenwind Einige Winddaten Stromlinien und Trajektorien Laminare und turbulente Strömung Die Turbulenz in der Atmosphäre Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck in der freien Atmosphäre Historischer Rückblick Radiosonden Die amerikanische Wetterbürosonde Die deutsche Sonde (Graw-Sonde) Die schweizerische Sonde Die finnische Sonde (Väisälä-Sonde) Die Berechnung der Höhen in einem Radiosondenaufstieg Niveauflächen und Geopotential Fehlerquellen bei den Radiosondenmessungen Beispiele einiger typischer Radiosondenaufstiege Die Standard-Atmosphäre Die Feuchtigkeit in der Atmosphäre Die Schichtung der Atmosphäre (Thermodynamik der Atmosphäre) Wärmemenge und Arbeit Die Zustandsänderung Der erste Hauptsatz der Wärmelehre. Die spezifische Wärmekapazität Die adiabatische Zustandsänderung Die trockenadiabatische Temperaturabnahme Trockenstabile und trockenlabile Schichtung Die feuchtadiabatische Temperaturabnahme Feuchtstabile und feuchtlabile Schichtung Hebungs- und Absinkkurven Thermodynamische Diagramme Die Labilitätsenergie und die Entstehung von Vertikalbewegungen Einige Anwendungen des Begriffes Labilitätsenergie Turbulenz und Schichtung Faktoren, die die Schichtung der Atmosphäre beeinflussen Das Einwirken der dynamischen Turbulenz auf die Schichtung Die Wirkung von Konvektion und Strahlung Die Änderung der Stabilität bei geordneten Vertikalbewegungen Die Kondensationsprozesse in der Atmosphäre Die Bedeutung des Begriffes Dampfdruck Der Sättigungsdruck über einem Tropfen Die Kondensationskerne der Atmosphäre Wolkentröpfchen: Größe und Fallgeschwindigkeit Der Sättigungsdampfdruck des Wasserdampfes über Eis und über unterkühltem Wasser ' Die atmosphärischen Eiskristalle Die Auslösung des Niederschlags 123

4 Inhaltsverzeichnis IX Künstliche Niederschlagsbildung : Die äußeren Bedingungen bei Kondensationsprozessen in der Atmosphäre Kondensation bei Hebung der Luft Kondensation bei der Abkühlung der Luft nahe der Erdoberfläche Kondensation bei Mischung von Luftmassen verschiedener Temperatur Die Fallgeschwindigkeit der Hydrometeore Dunst und Nebel Dunst Allgemeine Eigenschaften des Nebels Nebelbildende und nebelauflösende Faktoren Nebelbildende Faktoren Nebelauflösende Faktoren Die verschiedenen IMebelarten und ihre Eigenschaften Der Strahlungsnebel Advektionsnebel Orographischer Nebel, Hang-und Talnebel Frontnebel Seerauch Turbulenznebel Nebel und Verkehr Die Wolken Die Klassifizierung der Wolken Beschreibung der verschiedenen Wolkenformen Hohe Wolken Mittelhohe Wolken Tiefe Wolken und Wolken mit großer vertikaler Erstreckung Die Wolkenklassifikation nach der Entstehungsart Durch ungeordnete Hebung in einer relativ dünnen Luftschicht gebildete Wolken Durch Aufgleiten der Luft gebildete Wolken Durch mehr oder weniger begrenzte stärke Hebung entstandene konvektive Wolken i..-r-r-^-^ Die Verschlüsselung der Wolkenbeobachtungen Die Bestimmung der Bewölkung und der Sonnenscheindauer Die Messung der Wolkenhöhe Die Messung der Wolkenbewegung Wolkenbeobachtung von meteorologischen Satelliten Meteorologische Satelliten Bilder im sichtbaren und im infraroten Strahlungsbereich Wolkenformen im Satellitenbild Wolkengruppen Der Niederschlag Verdunstung und Wasserkreislauf Die Klassifizierung der Niederschläge Der Nieselregen ~ Regen und Regenschauer Schnee und Schneeschauer Hagel Schneetreiben und Sandsturm Die Niederschlagsmessung Die Anwendung des Radars in der Meteorologie 168

5 X Inhaltsverzeichnis Die Bedeutung der Orographie für die Niederschlagsverteilung Grundsätzliche Züge der Verteilung der Niederschläge auf der Erde Wolkenbrüche und besonders starke Niederschlagsmengen Gletscherbildung Niederschlag in Form eines Beschlages Flugverkehr und Eisbildung Die atmosphärische Elektrizität Die Ionisation der Luft Die elektrische Leitfähigkeit der Luft Stoßionisation Die luftelektrischen Elemente Meßmethoden Überblick über die elektrischen Vorgänge in der Atmosphäre Das Gewitter Die Klassifizierung der Gewitter Die elektrischen Eigenschaften der Gewitterwolken Zur Theorie des Gewitters Das Gewitter als elektrischer Generator in der Atmosphäre Die Schadenwirkungen des Gewitters Atmosphärische Optik Die Lichtbrechung in der Atmosphäre (atmosphärische Refraktion) Die Streuung und diffuse Reflexion des Lichtes in der Atmosphäre Kränze Der Regenbogen Haloerscheinungen Allgemeine Grundsätze für die Haloentstehung Beschreibung einiger Halokomponenten Der 22 -Ring Der46 -Ring Nebensonne oder Parhelia (mit dem Mond als Lichtquelle: Nebenmond oder Parselena) ^< Die oberen und unteren Berührungsbogen an den 22 -Ring (der umschriebene Halo) Der zirkumzenitale Bogen Einige Halokomponenten, die durch Reflexion an den Kristallflächen entstehen Die atmosphärischen Bewegungsgesetze Vektoren Die Gradientkraft Die ablenkende Kraft der Erdrotation: die Corioliskraft Der geostrophische Wind Der Gradientwind: die Strömung um Hoch- und Tiefdruckgebiete Die zyklostrophische Zirkulation und die Trägheitsströmung Der thermische Wind Die Strömung der Luft, die nicht isobarenparallel verläuft ' Divergenz und Konvergenz Kleine und große Zirkulationssysteme in der Atmosphäre Land- und Seewind Berg- und Talwind Fallwinde 242

6 Inhaltsverzeichnis XI Einige lokale Windsysteme mit eigenen Namen r- Jahreszeitliche Winde oder Monsune Die planetarische Zirkulation Die Luftströmung in den mittleren Breiten und in den Polargebieten Zusammenfassung Synoptische Wetterkarten Wetterbeobachtungen Die Sammlung und Weiterleitung der Beobachtungen Die Wetterkarte Die Analyse der Wetterkarte Historischer Rückblick Luftmassen und Luftmassengrenzen Luftmassen: Klassifizierung und allgemeine Eigenschaften Die Luftmassen in Mittel-, West- und Nordeuropa Tropikluft Polarluft Arktikluft Luftmassengrenzen: Entstehung und allgemeine Eigenschaften Die Neigung der Frontflächen und die Strömung der Luft auf beiden Seiten der Front Wetter und Wolken an Warm- und Kaltfronten Die Warmfront Die Kaltfront ' Kaltfront mit langsamer Bewegung Kaltfront mit rascher Bewegung Abweichungen von den normalen Eigenschaften der Fronten Zyklonen und Antizyklonen Die Entstehung und weitere Entwicklung der Zyklonen Die Okklusion Die Warmfrontokklusion Die Kaltfrontokklusion Die allgemeine Struktur einer Zyklone Zyklonenbahnen Die Steuerung Die Antizyklone Die Höhe der Tropopause in Zyklonen und Antizyklonen Tropische Meteorologie und Tromben Die meteorologischen Verhältnisse in den Tropen Die südliche Schwingung. El Nino Die tropoischen Orkane Tromben Übersicht über die Größenordnungen der Wirbel Die allgemeine Zirkulation Übersicht über die Zirkulation in der Atmosphäre Der Einfluß der Erdrotation auf das atmosphärische Strömungssystem Der Strömungsverlauf in der freien Atmosphäre Zirkulationen mit hohem und mit niederem Index Strahlströme (Jetstreams) Die zonale Zirkulation in der Atmosphäre Die meridionale Zirkulation Die atmosphärische Zirkulation in den Polargebieten 315

7 XII Inhaltsverzeichnis 23. Einige Beispiele von typischen Wetterlagen Stationäres Hochdruckgebiet über Mitteleuropa Sturmtief über der Ostsee Am Alpenostrand nordwärts ziehendes Tief, Vb-Lage Föhn im Alpenraum Polare Kaltluftausbrüche Polare Kaltluftausbrüche der Südhalbkugel Polare Kaltluftausbrüche der Nordhalbkugel Ein Querschnitt durch einen Strahlstrom über Mitteleuropa Wandernde Antizyklonen der Südhalbkugel Die meteorologischen Verhältnisse in der bodennahen Schicht Die Reibungsschicht Die Turbulenz und die Höhenabhängigkeit des Windes in der bodennahen Schicht Wärmeleitung und Diffusion Die Windabhängigkeit von der Höhe in der Oberschicht Die Ausbreitung von Luftverunreinigungen in der Atmosphäre Schneetreiben und Niederschlagsmessung Lokalklimatische Verhältnisse Die Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Meer Hydrographische Reihen Die Entstehung der Meeresströmungen Die Meeresströmungen im Nordatlantik Der Einfluß des Meeres auf die meteorologischen Verhältnisse Die thermische Jahresschwankung in Seen und Ozeanen. Die Eisbildung Die Eisverhältnisse im Meer Die Zirkulation des Wassers in den großen Meerestiefen Die Arbeitsmethoden und Probleme der Klimatologie Klimabeobachtungen und Klimastationen Einige statistische Gesichtspunkte bei der Bearbeitung klimatologischer Beobachtungen Klimaänderungen in historischer und geologischer Zeit Die Klassifizierung des Klimas Die Bedeutung des Klimas Der menschliche Einfluß auf das Klima. Klimamodelle Die Stratosphäre und hohe Atmosphäre Übersicht über die hohe Atmosphäre Die Temperaturschichtung der hohen Atmosphäre Akustische Temperaturbestimmung Meteoritenbeobachtungen als Hilfsmittel für die Temperaturbestimmung Wolken in der höheren Atmosphäre Dissoziation der Luftmoleküle. Ozon in der Atmosphäre Die Ionosphäre Die Partikelstrahlung in der Atmosphäre 381 Literaturverzeichnis 383 Sachwortregister ; 385 Bildanhang 397