Nächste Übung• Donnerstag, 07.11.2011, 14:00 MEZ

Listen• Anwesenheitsliste

Wetterbesprechung

• Bildung von 3er Gruppen bzw. Paaren

• Tragt euch in das Dokument des Alphabets der Wetterbesprechung ein

3. Übung: Analyse von Wetterkarten in 300 und 500 hPa

Geopotenzial ()

geff

=2/T=7,292 10-5 rad s-1

Fz= 2r (Zentrifugalbeschl.)

cos()=r/R|Fz

|=2Rcos()

g*=Schwerebeschleunigung

geff= g* + 2r

=effektive Erdbeschl.

R=6370 km

r

geff zeigt nur am Pol und Äquator auf den Erdmittelpunkt.

g*Fz

geff steht senkrecht auf Erdspheroid mit äquatorialer Ausbauchung

Beachte:• Da die Erde ein Rotationsellipsoid darstellt, zeigt die Senkrechte nur

am Äquator und den Polen zum Erdmittelpunkt.• Bei geff tritt ein Breiteneffekt durch die Zentrifugalbeschleunigung

(2Rcos()) auf.• Die Äquipotenzialflächen (=const.) sind Rotationsellipsoide.

Geopotenzial ()

Das Geopotenzial ist die mit der Einheitsmasse normierte Arbeit (in m2 s-2 oder J kg-1), die nötig ist, um die Einheitsmasse (1 kg) auf der Breite von NN auf die Höhe z‘ zu bringen.

• geopotenzielle Höhe (Z)

• Die geopotenzielle Höhe ist das „normierte Geopotenzial“, da das Geopotenzial durch durch die Normalschwere in 45°N bzw. S (g0=9,80665 m s-2) geteilt wird.

• In 45°N bzw. S entspricht die geopotenzielle Höhe, unter Vernachlässigung der Höhenabhängigkeit der Schwerebeschleunigung, der metrischen Höhe.

• Als Isohypsen werden die Linien gleicher geopotenzielle Höhe bezeichnet.

• Die Einheit der geopotenziellen Höhe ist das sog. geopotenzielle Meter (gpm). In Meereshöhe gilt in 45°N bzw. S: 1 m = 1 gpm.

Absolute Topographie

Die absolute Topographie umfasst die Linien gleicher geopoten-zieller Höhe einer Druckfläche (z. B. 500 hPa). Sie stellt somit eine isobare Fläche durch Höhenlinien dar, welche sich auf das Meeresniveau beziehen. Die absolute Topographie zeigt die Verteilung von kalten und warmen Luftmassen zwischen dem Boden und dem betrachteten Druckniveau und lässt auf Strahlströme schließen.

Absolute Topographie der 500 hPa Fläche vom 13.04.2006 um 00 UTC.Quelle: DWD

kalt

warm

Isohypse

Strahlstrom

Absolute Topographie

Die relative Topographie umfasst die Linien gleicher geopotenzieller Höhe der Schicht zwischen zwei Druckflächen (z. B. 850 und 500 hPa). Sie stellt also den vertikalen Abstand zweier isobarer Flächen in geopotenziellen Metern dar (Isolinien der Schichtdicke). Die relative Topographie zeigt die Verteilung von kalter und warmer Luft im betrachteten Druckintervall an.

Relative Topographie bzgl. 500/1000 hPa vom 01.04.2006 um 12 UTC.Quelle: Europäischer Wetterbericht (DWD)

niedrige Schichthöhe (kalte Luftmasse)

große Schichthöhe (warme Luftmasse)

Gleichgewichtswinde

• geostrophischer Wind (vg) im (x,y,z)-System

p0

p0+p

p0+2 p

T

H

Fp

Fc

vg

Voraussetzung:

zonal symmetrische Verteilung kalter und warmer Luftmassen, d. h. auf einer z-Fläche herrscht:• niedriger Druck im kalten Bereich• hoher Druck in warmer Region

Fc ist prop. zu v

Geostrophischer Wind: Gleichgewicht zwischen Druckgradientkraft und Corioliskraft

Gleichgewichtswinde

• geostrophischer Wind (vg) im (x,y,p)-System

Im (x,y,p)-System weht der geostrophische Wind parallel zu den Isohypsen (Linien gleicher geopotenzieller Höhe), auf der Nordhalbkugel mit den niedrigeren Werten zur Linken.

Vorteile des (x,y,p)-Systems:• keine Abh. von der Dichte =(z)

Es gilt: und somit:

Gleichgewichtswinde• geostrophischer Wind (vg) im (x,y,p)-System

Im (x,y,p)-System weht der geostrophische Wind parallel zu den Isohypsen, auf der Nordhalbkugel mit den niedrigeren Werten zur Linken.

Isohypse

Gleichgewichtswinde

• Gradientwind (vG)

H

p0

p0+p

p0+2 p

T

p0+3 p

p0

p0+p

p0+2 p

T

p0+3 p H

Fp

Fc

vG

Fp

Fc

FZ

FZvG

gekrümmte Trajektorien (Bahnen)Þ Zentrifugalkraft Fz

Gradientwind: Gleichgewicht zwischen Druck-gradientkraft, Corioliskraft und Zentrifugalkraft

Subgeostrophie Supergeostrophie

Fc ist prop. zu v

Planetare Grenzschicht Reibung mit dem Boden Ekman-Spirale zunehmende Ablenkung des Windes in Richtung des

tiefen Drucks

Gleichgewichtswinde

• Reibungswind (vR)

vR

vG

Reibung

Grenzschicht

Größe der Ablenkung () am Boden:• über Land: =20-30°• über Meer: =10-20°

Der sog. Reibungswind ist der geostrophische Wind unter Einbeziehung der Reibungskraft, die der Bewegungsrichtung entgegen gerichtet ist.

Gleichgewichtswinde

• Reibungswind (vR)

vR

vGFR

Fp

Fc

Unter Vernachlässigung der Meridiankonvergenz können durch den geostrophischen Wind keine Druckgegensätze abgebaut werden, da dann der geostrophische Wind divergenzfrei ist!

=> ageostrophische Winde (z. B. Reibungswind) sind notwendig

• thermischer Wind (vT)

Der sog. thermische Wind ist die vertikale Scherung des geostrophischen Windes, d. h. er ist die Differenz des geostrophischen Windes unterschiedlicher Höhenniveaus.

p0

p1vg0

vg1

vT

Annahme:

geostrophisches Gleichgewicht ist gültig

=> geostrophischer Wind

• thermischer Wind (vT)

Quelle: Fig. 3.8 in Holton (1992)

geneigte Druckflächen als Folge von unterschiedlich temperierten Luftmassen: Neigung nimmt mit Höhe zu nimmt mit Höhe zu vg nimmt mit Höhe zu

warmkalt

• thermische Windgleichung

Es folgt:

Die Integration ergibt:

Ist bekannt lässt sich unmittelbar schreiben:

geostrophischer Wind

hydrostatische Grundgl. im p-System

• thermische Windgleichung

In einer baroklinen Atmosphäre ändert sich der geostrophische Wind mit der Höhe. Ist die Atmosphäre barotrop geschichtet, dann ist der geostrophische Wind höhenkonstant.

500 hPa

baroklin

• barokline Atmosphäre: =(p,T) => pT≠0

• barotrope Schichtung: =(p) => pT=0500 hPa

barotrop

T=const.

Der thermische Wind

• unterschiedliche Wetterlagen

Quelle: Abb. 2.9 in Kurz (1990)

• 3D-Ansicht des Polarjets

Quelle: www.unidata.ucar.edu/software/idv/gallery/jetStream.gif

Strahlstrom

Höhe der Nullgrad-Grenze

Quelle: Abb. 5.8 in Kurz (1990)

gemäßigte Luftmassepolare Luftmasse

Polarfrontbarokline

Schichtung

barotrope Schichtung

kalt warm

kaltwarm

• Polarfront

Volgograd

Kiev

300 hPa: 05.11.2006 00 UTC

• Analyse 300 und 500 hPa vom 05.05.2005 00 UTC

Übungsaufgaben:

• zu bearbeiten bis Donnerstag, den 07.11.2011

Skript S. 25

300 hPa (19.12.1991 12 UTC):- absolute Topographie für 19.12.1991 12 UTC- Isotachenanalyse ab 60 kn

500 hPa (19.12.1991 12 UTC):- Analyse der Polarfront

Tipps zu den Übungsaufgaben:

• Isohypsenanalyse auf 300 hPa (schwarz) die Isolinien können sich nicht schneiden! Geostrophie: - Winde wehen parallel zu den Isohypsen

- je stärker die Winde desto stärker ist die

Drängung der Isohypsen

• Isotachenanalyse auf 300 hPa (grün)

verboten!

Der Winkel zwischen Isotache und Isohypse

Sollte 45° nicht überschreiten (Ausnahme:

Sub- und Supergeostrophie)!

im Delta des Jets

100 kn

60 kn80 kn

ab 60 kn, dann 80, 100, 120, ... kn

Tipps zu den Übungsaufgaben:

• Isotachenanalyse auf 300 hPa (grün)

Supergeostrophie

Subgeostrophie

Beachte:

Hier sind keine Isotachen eingezeichnet, sondern die Flächen auf welchen der Wind eine bestimmte Geschwindigkeit übersteigt.

1. Analyse des Strahlstroms/Jets in 300 hPa

(Aufgrund der thermischen Windgleichung dürfen sich Jet und Polarfront nicht weit voneinander entfernt befinden. Ohne eine Polarfront ist ein starker Strahlstrom nicht möglich)

2. Baroklinität: T > 5°C auf einigen 100 km

3. Typische Temperturen der Polarfront im Dezember (Kurz, 1990): -26 bis -28°C

4. Unterbrechung der Polarfront- falls in 300 hPa kein starker Jet vorhanden ist- falls in 500 hPa kein Temperaturgradient auftritt- Tipp: bei sich auflösender oder undeutlicher

Polarfront kann diese gestrichelt werden

Tipps zu den Übungsaufgaben:

• Analyse der Polarfront auf 500 hPa (blau)

PF