Einfhrung in die Meteorologie met 210 Teil VII

Einführung in die Meteorologie (met 210) - Teil VII: Synoptik Clemens Simmer

VII. 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. 3 Thermische Verknüpfung von Boden und Höhenwetterkarten - thermischer Wind Horizontale Temperaturunterschiede erzeugen horizontale Druckunterschiede in der Höhe und damit unterschiedlichen geostrophischen Wind in der Übergangszone. z kalte Luft pi-3Δp pi-2Δp pi-Δp pi warme Luft pi-2Δp pi-Δp pi x durch horizontale Temperaturgradienten höhenabhängiger horizontale geostrophischer Wind Druckgradienten = 3 thermischer Wind

Thermischer Wind (1) po-2Δp po-Δp po S, warm N, kalt Hier entsteht durch horizontale Temperaturunterschiede mit der Höhe ein (geostrophischer) Wind, der die kalte Luft umströmt, wie der geostrophische Wind das Tief. Selbst bei Druckgleichheit am Boden (kein geostrophischer Wind am Boden) nimmt der Wind durch horizontale Temperaturänderungen mit der Höhe zu Beispiel für die Entstehung von Strahlströmen über 4 Frontalzonen

Thermischer Wind (2) po-2Δp po-Δp po S, H, warm N, T, kalt zonaler Wind m/s Haben wir im Süden ein warmes Hoch und im Norden ein kaltes Tief, so wird mit der Höhe der am Boden schon herrschende Westwind mit zunehmender Höhe verstärkt. Beispiel für die Westwinddrift der mittleren Breiten 5

Thermischer Wind (3) po-2Δp po-Δp po S, T, warm N, H, kalt Haben wir im Süden ein warmes Tief und im Norden ein kaltes Hoch, so haben wir am Boden Ostwinde und in der Höhe Westwinde. Warme Tiefs und kalte Hochs sind „flach“ (denn sie schlagen in Hochs bzw. Tief um mit der Höhe) Beispiel für die Hadley. Zirkulation der Tropen/Subtropen 6

Formale Ableitung des thermischen Windes 1 im z-System 2 3 4 Skalenanalyse 7

Der thermische Wind - Zusammenfassung - Der thermische Wind (= Änderung des geostrophischen Windes mit der Höhe durch einen horizontalen Temperaturgradienten) „weht“ um ein Kaltluftgebiet, wie der geostrophische Wind um das Tief. T H W T K H 8

Der thermische Wind - Indikator für Temperaturadvektion und Möglichkeit des Nowcasting von Temperaturänderungen- T T H W T H Rechtsdrehung mit der Höhe = Es wird wärmer K K T H W H Linkssdrehung mit der Höhe = Es wird kälter Achtung: Nicht mit der Rechtsdrehung des Windes in der Grenzschicht durch Reibung verwechseln. Obiges gilt nur in der freien Atmosphäre! 9

Formale Ableitung des thermischen Windes im p-System Ableitung wesentlich einfacher im p-System. Zudem gilt die „einfache“ Beziehung fast ohne Näherung. Die Isohypsen der relativen Topographie bilden Stromlinien des thermischen Windes, wie die Isobaren und die Isohypsen Stromlinien des 10 geostrophischen Windes bilden.

Barotrope und barokline Felder • barotrop: Isoflächen von Druck und Temperatur sind parallel zueinander; sie schneiden sich also nicht! geostrophischer Wind mit der Höhe konstant • baroklin: Isoflächen von Druck und Temperatur sind gegeneinander geneigt; sie schneiden sich also. geostrophischer Wind ändert sich mit der Höhe 11

Barokline Felder - 2 Fälle h 1 < h 2 < … Isohypsen einer Druckfläche , T 1 < T 2 < … die Temperaturen N N h 1 T 2 T 3 T 4 a v g h 2 h 3 h 4 E a: Es herrscht keine Temperaturadvektion. Dieser Fall ist typisch für Höhenkarten ab 500 h. Pa. Es ist ein Initialfeld für barokline Wellen h 1 T 2 T 3 T 4 b h 2 v g h 3 h 4 E b: Es herrscht Temperaturadvektion. Dieser Fall ist typisch für die Bodenwetterkarten, und oft auch für die 850 h. Pa-Fläche. Sie sind verantwortlich z. B. für die Intensivierung von Wellen in den Höhenkarten. 12

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Zusammenhang zwischen Boden- und Höhenkarten • Gegeben sei das Isohypsenfeld der 1000 h. Pa Druckfläche (untere Abb. , durchgezogene Linien) mit Isothermen (untere Abb. , gestrichelte Linien). Durch dieses Bodendruckfeld wird westlich des Tiefs (und östlich des Hochs) kalte Luft nach Süden transportiert und östlich des Tiefs (westlich des Hochs) warme Luft nach Norden transportiert. • Bei gleicher Temperaturabnahme mit der Höhe überall (Isothermen haben in allen Höhen das gleiche Muster) folgen obige Isothermen und Isohypsen der 500 h. Pa. Fläche. • In der Höhe geht das Zellenfeld am Boden in die Wellenform des Temperaturfeldes über. • Das Tief wird in der Höhe dabei nach Nordwest und das Hoch nach Südwest verschoben. 15

Übungen zu VII. 1. 3 1. Das Druckfeld am Boden weise eine Druckzunahme von 4 h. Pa auf 100 km von Süd nach Nord auf. Weiter herrsche ein Temperaturgradient in der Schicht vom Boden bis 500 h. Pa von West nach Ost von 4 K auf 100 km. Schätze den geostrophischen Wind am Boden und in 5 km Höhe ab. 2. Vollziehe durch ungefähres Einzeichnen des thermischen Windvektors die Zusammenhänge zwischen Boden- und Höhenkarte auf den folgenden Wetterkarten nach. Gehe dabei davon aus, dass insbesondere Luft aus Norden kommend eher kalt, aus Süden kommend eher warm ist. 16

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Übungen zu VII. 1. 3 (Tutorium) 1. Verifiziere den Übergang zwischen den beiden Druckfeldern (unten → oben) der Folie „Zusammenhang zwischen Boden- und Höhenkarten“ qualitativ mit der thermischen Windgleichung (qualitatives Einzeichnen des thermischen Windvektors). 18