Wettersysteme HS 2012

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1 Wettersysteme HS 2012 Kapitel 1 Grundlegendes zur Erdatmosphäre 19. September 2012

2 1. Vertikaler Aufbau - Einteilung nach dem Temperaturverlauf - Einteilung in 4 Schichten: - Troposphäre - Stratosphäre - Mesosphäre - Thermosphäre Temperaturverlauf wesentlich mitbestimmt durch chemische Zusammensetzung der Luft Vertikaler Temperaturverlauf in der Erdatmosphäre (aus Wallace and Hobbs. S.10)

3 1. Vertikaler Aufbau - Einteilung nach dem Temperaturverlauf a) Troposphäre (griech. trepein = wenden, kehren) - Temperaturabnahme mit der Höhe (~6.5 C km-1) - starke Durchmischung - Wolken- und Niederschlagsbildung - Grossteil des Wasserdampfes befindet sich in der Troposphäre

4 1. Vertikaler Aufbau - Einteilung nach dem Temperaturverlauf a) Troposphäre (griech. trepein = wenden, kehren) - Vernachlässigung von Konvektion in Troposphäre starke Temperaturabnahme mit der Höhe mit Konvektion reines Strahlungsgleichgewicht

5 1. Vertikaler Aufbau - Einteilung nach dem Temperaturverlauf a) Stratosphäre (lat. stratus = geschichtet) - Temperaturzunahme mit der Höhe - sehr geringer Wasserdampfgehalt (fast keine Wolken) - sehr hoher Ozongehalt beeinflusst Temperaturprofil - Ozon Maximum bei ~ 25 km Stratopause Höhe [km] - Ozon absorbiert einfallende UV-Strahlung Tropopause - Temperatur Maximum bei ~ 50 km - Temperaturmaximum = Stratopause

6 1. Vertikaler Aufbau - Einteilung nach dem Temperaturverlauf a) Mesosphäre - Abnahme der Temperatur bis zur Mesopause (~ 85 km Höhe) - Mesopause = Grenze der Homosphäre (Luft mit konstanter Zusammensetzung) (Molmasse der Luft M = x 10-3 kg mol -1) b) Thermosphäre - bis ~ 800 km Höhe - Temperatur steigt an bis ~ 1000 K in 400 km Höhe - Achtung: Wirkung der Temperatur verschieden zu dichteren Medien - Gase sind teilweise dissoziiert, ionisiert - Entmischung der Gase anhand Ihrer Molmasse (Heterosphäre)

7 1. Vertikaler Aufbau Druck [hpa] - ausgeprägte regionale und zeitl. Unterschiede im Vertikalprofil

8 2. Nord/Süd - Variabilität A B January Nordpol Südpol July ΔThor 15 K schwache Baroklinität ΔThor 23 K starke Baroklinität

9 2. Nord/Süd - Variabilität - Ursache für meridionale Variabilität Breitenabhängigkeit der einfallenden Strahlung Strahlungsüberschuss in Tropen einfallende solar- Strahlung emittierte Strahlung Wärmetransport durch Ozean - Wasserdampf in Atmosphäre wichtig für Wärmetransport latente Wärme Wärmetransport durch Atmosphäre

10 2. Nord/Süd - Variabilität - keine kontinuierliche Abnahme der Temperatur zum Pol hin verschiedene Luftmassen sind durch Fronten getrennt Nordpol mittl. Breiten Äquator

11 2. Nord/Süd - Variabilität - ECMWF Analyse bei 170 O am 1. Januar 1990, 00 UTC starke Abweichungen vom schematischen Bild möglich dynamische Tropopause 200 hpa 500 hpa Äquator Nordpol Windgeschwindigkeit [m/s] 100 hpa

12 3. Horizontale Variabilität kalte maritime Luft Ka ltfr on t - Satellitenbild für 30. Januar 2009, 00 UTC warme subtropische Luft

13 3. Horizontale Variabilität - falschfarben-infrarot Satellitenbild für 10. Nov. 1998, 18 UTC - idealisierte Darstellung der mesoskaligen Regenbänder in einer extratropischen Zyklone warm cold augeprägte horizontale mesoskalige Wolken,- und Niederschlagsstruktur aus Wallace and Hobbs

14 3. Horizontale Variabilität - hohe Komplexität der Phänomene einfache Modellsysteme - z.bsp. Geopotential-Bild geopotentielle Höhe einer Druckfläche = geometrische Höhe dieser Druckfläche geopotentielle Höhe auf 500 hpa

15 3. Horizontale Variabilität - Höhe 500 hpa im Tief = 5370 m - Höhe 500 hpa im Hoch = 5900 m - Wind parallel zu den Isolinien des Geopotentials Isohypsen - Windstärke proportional zur Dichte der Isolinien

16 3. Horizontale Variabilität - mathematische Beschreibung geostrophischer Wind = geostrophischer Wind f = Coriolisparameter (beschreibt Erdrotation) = Einheitsvektor der lokal senkrecht nach oben zeigt Φ = Geopotential = Höhe z (über Meer) * Erdbeschleunigung g

17 3. Horizontale Variabilität - Beispielkarten der geopotentiellen Höhe Farbe = Niederschlag

18 3. Horizontale Variabilität - Beispielkarten der geopotentiellen Höhe 250 hpa Farbe = Niederschlag 500 hpa

19 3. Horizontale Variabilität - äquivalente Betrachtungsweise: Druckverteilung auf einer bestimmten Höhe Isobaren geostrophischer Wind = geostrophischer Wind f = Coriolisparameter (beschreibt Erdrotation) = Einheitsvektor der lokal senkrecht nach oben zeigt p = Druck ρ = Dichte - Wind parallel zu Isobaren und nicht von hohem zu niedrigem Druck - Windstärke proportional zur Dichte/Gradient der Isobaren

20 3. Horizontale Variabilität - Beispielkarte des Bodendrucks - Wind zyklonal um Tief (Gegenuhrzeigersinn) - Wind antizykonal um Hoch (Uhrzeigersinn)

21 4. Verschiedene Skalen Zeit Makro Meso Länge Mikro

22 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Extratropische Zyklone Staubteufel Hurricane Antizyklone Kaltfront Warmfront Tornado Hangwinde Jet stream Cumulus Längenskala Dauer

23 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel Hurricane Antizyklone Kaltfront Warmfront Tornado Hangwinde Jet stream Cumulus

24 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel m min Hurricane Antizyklone Kaltfront Warmfront Tornado Hangwinde Jet stream Cumulus

25 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel m min Hurricane km 1 7 Tage Antizyklone Kaltfront Warmfront Tornado Hangwinde Jet stream Cumulus

26 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel m min Hurricane km 1 7 Tage Antizyklone km Kaltfront Warmfront Tornado Hangwinde Jet stream Cumulus

27 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel m min Hurricane km 1 7 Tage Antizyklone km Kaltfront km 3 7 Tage Warmfront Tornado Hangwinde Jet stream Cumulus

28 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel m min Hurricane km 1 7 Tage Antizyklone km Kaltfront km 3 7 Tage Warmfront km 1 3 Tage Tornado Hangwinde Jet stream Cumulus

29 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel m min Hurricane km 1 7 Tage Antizyklone km Kaltfront km 3 7 Tage Warmfront km 1 3 Tage Tornado m min Hangwinde Jet stream Cumulus

30 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel m min Hurricane km 1 7 Tage Antizyklone km Kaltfront km 3 7 Tage Warmfront km 1 3 Tage Tornado m min Hangwinde km 2 12 Stunden Jet stream Cumulus

31 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel m min Hurricane km 1 7 Tage Antizyklone km Kaltfront km 3 7 Tage Warmfront km 1 3 Tage Tornado m min Hangwinde km 2 12 Stunden Jet stream km 5 15 Tage Cumulus

32 4. Verschiedene Skalen - einige Beispiele Phänomen Längenskala Dauer Extratropische Zyklone km Staubteufel m min Hurricane km 1 7 Tage Antizyklone km Kaltfront km 3 7 Tage Warmfront km 1 3 Tage Tornado m min Hangwinde km 2 12 Stunden Jet stream km 5 15 Tage Cumulus 2 5 km min

33 4. Verschiedene Skalen Atmosphäre = komplexes System mit vielen internen Wechselwirkungen

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