Clemens Simmer

Einführung in die Meteorologie (met210)

- Teil VII: Synoptik

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VII Synoptische MeteorologieSynoptik 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

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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

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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 damit also – 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

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Synoptische Skala

1000 km

100 km

• 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

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Beobachtungssysteme• in quasi-Echtzeit verfügbare klassische Messungen• Klimamessnetze• Fernerkundungsverfahren

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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)

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

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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

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Karten

Klimastationen Niederschlagsstationen

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Radarnetzwerk DWD

Bonn

C-Band DWD- Radarverbund- Horizontabtastungen alle 5 min- Auflösung 1x1 km2

X-Band Radare Bonn und Jülich

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Europäische Wetter-radarnetze

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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 US-

amerikanischen NCEP Reanalysen

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Bausteine der modernen Wettervorhersage1. Online-Datensammlung2. 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)

Anfangswertproblem/DatenassimilationDer Anfangszustand der Atmosphäre ist durch vorhandene Beobachtungen noch stark unterbestimmt:Es werden ~107 Modellwerte benötigt, doch sind nur ~105 irregulär verteilte Messwerte vorhanden.

Bodenstationen

Satellitenprofile

Lösung: Verwendung eines vorhergesagten Modellszustandes als Zusatzinformation (sogenanntes Hintergrundfeld), in das die Messwerte assimiliert werden

Modellauf

Beo.

Assim.

Beo.

ModellaufAssim.

Modellauf

Zeit

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Historische Entwicklung1833 Erfindung der Telegraphie1842 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

Wetterdatenübermittlung1922 Richardson macht die erste numerische Wettervorhersage für 6

Stunden (braucht dazu Monate)1922 Polarfronttheorie von Bjerknes und Solberg1950 erster brauchbarer Computer1950 erste brauchbare numerische Wettervorhersage (Charney,

Fjortoft, v. Neuman auf ENIAC)1954 Erste operationelle numerische Wettervorhersage durch Rossby

(Schweden)1960 erster meteorologischer Satellit

Übungen zu VII.1.11. 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.

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