Einführung in die Meteorologie (met210) - Teil VII: Synoptik Clemens Simmer
V.1 Allgemeines zur Synoptik 1. Definition und Grundlagen Definition wissenschaftliche und technische Grundlagen Geschichte 2. Darstellung synoptischer Felder Bodenkarten Höhenkarten Stationsmodell 3. Thermische Verknüpfung von Boden- und Höhenwetterkarten thermischer Wind Barotrope und barokline Felder 2
VII.1.2 Darstellung synoptischer Felder (Wetterkarten) Kodierung synoptischer Beobachtungen Aufbau des Stationsmodells Bodenwetterkarten Höhenkarten Relative Topographie 3
Aufbau des Stationssymbols Beispiel: TT C H PPP VV ww Td T d T d h C M N C L N L pp a W 22 C Lufttemperatur, 18 C Taupunkt, 1021,2 hpa Luftdruck, um 0,5 hpa in den letzten 3 Stunden gestiegen, 2/8 Bewölkung, nur niedrige Wolken (2/8) der Unterkantenklasse 4 (<600 m), Cumulus, 3 mm Niederschlag in letzten 6 Std.,Wind aus Ostsüdost mit 10 Knoten (langer Strich), die Sichtweite ist gering (kodiert), es gibt und ab keine signifikanten Wettererscheinungen, 1 kn = 1 sm/h = 1,852 km/h = 0,514 m/s 4
synoptische Wetterbeobachtung IIiii Nddff VVwwW PPPTT N L C L hc M C H T d T d app 7RRT n T n 7RRT x T x 10111 81020 ccccc 12754 4cccc 55+06 7cc57 7cc51 6 UTC 18 UTC II Zonenbezeichnung iii Stationskennung N Bedeckungsgrad dd Windrichtung in Dekagrad ff Windgeschwindigkeit in Knoten (1 kn =ca. 0,5 m/s) VV Sichtweite (kodiert) ww Wetter zum Beobachtungszeitpunkt W Wetter seit letztem Haupttermin (6 oder 3 Stunden) PPP Luftdruck ohne 100er, reduziert, in 10tel hpa TT Lufttemperatur in C NL Bedeckungsgrad der tiefen Wolken C L,M,H Art der tiefen, mittelhohe, hohen Wolken (kodiert) h Unterkantenhöhe der tiefsten Wolken (kodiert) TD Taupunkttemperatur in C a Verlauf der Barographenkurve pp Luftdruckänderung in 10tel hpa der letzten 3 Stunden RR Niederschlag der vergangenen 12 Stunden (kodiert) Tn,x Minimum bzw. Maximumtemperatur 5
Einige Charakteristika der Bodenwetterkarte 27.10.2002 00 UTC 6
Charakteristika der Bodendruckkarte 1. Die Linien stellen den auf Meeresniveau reduzierten Druck dar im Abstand von 5 hpa dar. 2. Winde sind parallel zu Isobaren mit dem niedrigeren Druck links und einer Richtungstendenz zum niedrigeren Druck. 3. Je enger die Isobaren, desto stärker ist der Wind. 4. In Tiefs ist die Strömung links herum (zyklonal) in Hochs rechts herum (antizyklonal). 5. 1-3 folgen aus der geostrophischen Windrelation (Ausgleich von Druckgradient und Coriolisbeschleunigung). 6. Fronten als Grenzen zwischen Kalt- und Warmluft sind durch dicke Linien mit Symbolen gekennzeichnet, welche Charakter und Zugrichtung der Fronten andeuten. 7. Tiefs haben Frontalzonen (Warm- und Kaltfronten), an denen die Isobaren (und der Wind) einen zyklonalen Sprung aufweisen (Margulessche Grenzflächenneigung). 8. In Tiefs besonders an Fronten tritt vermehrt Bewölkung und Niederschlag auf (folgt u.a. aus Konvergenz (=Zusammenströmen) der Luftströmung verbunden mit Aufsteigen) (Aufgleiten, Querzirkulation). 7
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Frontenkennzeichnung Warmfront mit Erwärmung in allen Schichten Warmfront mit Erwärmung nur am Boden Warmfront mit Erwärmung nur in der Höhe Maskierte Warmfront mit Abkühlung am Boden Quasistationäre Front Kaltfront mit Abkühlung in allen Schichten Kaltfront mit Abkühlung nur am Boden Kaltfront mit Abkühlung nur in der Höhe Maskierte Kaltfront mit Erwärmung am Boden Okklusionsfront (Zusammenschluß von Warm- und Kaltfront) Gealterte Okklusionsfront Warmfront-Okklusion mit Erwärmung am Boden Kaltfront-Okklusion mit Abkühlung am Boden Konvergenzlinie 9
Höhenkarten sind Topographien von isobaren Flächen, angegeben in geopotentiellen Metern (gpm) h=(g/g 0 )z absolute Topographien, z.b. 850 hpa, 700 hpa, 500 hpa, 300 hpa, enthalten h 850, h 700, als Isolinien (sog. Isohypsen) in gpd(eka)m Isothermen relevante Messwerteintragungen (Radiosonden, Flugzeuge, Satellit) als reduziertes Stationsmodell relative Topographien, z.b. h 300 h 700 geben Informationen über die mittlere virtuelle Temperatur in den Schichten (niedrige Höhendifferenz = kalt, große Höhendifferenz = warm, siehe später) 10
Beispiel einer 500 hpa Höhenkarte (oben, ohne Stationseintragungen) mit Bodenkarte Kennzeichen: Isohypsen in gpm (~550 gpm bei 500 hpa) kaum abgeschlossene Isohypsen Drängung der Isohypsen im Bereich der Polarfront keine eingezeichnete Fronten Tröge gegenüber Bodentiefs am Boden nach Westen oder Nordwesten verschoben Rückenzentren gegenüber Bodenhochs nach Westen oder Südwesten verschoben Frontenneigung durch Vergleich mit Bodenkarte erkennbar. 11
Zusammenhang Isobaren - Isohypsen Beim Übergang zu Isohypsen vereinfacht sich die Gleichung für den geostrophischen Wind weil die Dichte entfällt. Dadurch entsprechen der gleichen Isohypsendrängung der gleiche geostrophische Wind und zwar unabhängig von der Höhe. p z+δz 1 1 y Δp=-ρgΔz v g k hp f f p z Δx x p-δp p p p z gz g mit gz Φ Geopotenzial x x x x x siehe Abbildung statische Grundgleichung g const gz g h 0 g0 g0 mit h gz / g0 geopotenzielles Meter x x p dp dh h Es folgt g0 g0 x dx dx x x und schließlich y, z y, p g0 1 vg k ph k p f f 12
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Zusammenhang Relative Topographie mittlere virtuelle Schichttemperatur statische GG: dp gdz, ideale Gasgleichung p R L T v dp p pg dz RT g d ln p dz Integration mit Tv ersetzen durch T R T g ln p2 ln p1 ( z2 z1) RT T v gz 2 1 R (ln p ln p ) L gz L L 1 2 v v L v g0 h2 h1 2 1 R (ln p ln p ) R (ln p ln p ) L 1 2 L 1 2 v Die (geopotentielle) Dicke einer Schicht zwischen zwei festen Druckflächen ist direkt proportional zur mittleren virtuellen Temperatur der Schicht. 14
Wetterkarten gibt es u.a. unter http://www.dwd.de/bvbw/appmanager/bvbw/dwdwwwdeskt op?_nfpb=true&_pagelabel=_dwdwww_spezielle_nutzer_ hobbymeteorologen_karten&activepage=&_nfls=false http://profi.wetteronline.de/ http://www.wetter3.de/ 15
Übungen zu VII.1.2 1. Wievielen geopotenziellen Metern entsprechen 5000 geometrischen Metern in 45 Breite? 2. Wieviele geopotenzielle Meter dick ist die relative Topographie 500/1000 hpa bei einer isothermen Atmosphäre von T v =-10 C? Um wieviele geopotenzielle Meter ändert sie sich, wenn sich die Temperatur um 10 C verändert? 3. Um welches Mittel (arithmetisch, geometrisch, ) der virtuellen Temperatur handelt es sich in T v gz2 gz1 R (ln p ln p ) L 1 2? 16