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3. Übung: Analyse von Wetterkarten in 300 und 500 hPa
Nächste Übung
• Donnerstag, 10.11.2011, 14:00 MEZ
Listen
• Anwesenheitsliste
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Wetterbesprechung
• Einteilung
Termin
Referent(in)
Studienfach
Do
12.01.2012
1. Nils Küchler
2. Timm Griesbach
Bachelor GeoMet
Bachelor GeoMet
Fr
13.01.2012
1. Lou Wio
2. Martin Schönebeck
Bachelor GeoMet
Bachelor GeoMet
Do
19.01.2012
1. Clara Burgard
2. Sandra Niehues
Bachelor GeoMet
Bachelor GeoMet
Fr
20.01.2012
1. Belinda Strahl
2. Nina Bellenbaum
Bachelor GeoMet
Bachelor GeoMet
Do
26.01.2012
1. Marius Michalak
2. Dennis Kokott
Bachelor GeoMet
Bachelor GeoMet
Fr
27.01.2012
1. Wahed Achterberg
2. Tobias Marke
Bachelor GeoMet
Bachelor GeoMet
Do
02.02.2012
1. Sven Wöhrle
2.
Bachelor Geographie
Donnerstag-Termin: Analyse Mi-Fr 00 & 12 UTC; Vorhersage Fr & Sa
Freitag-Termin: Analyse Sa-Mo 00 & 12 UTC; Vorhersage Sa & So
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN Übung Synoptik
WS 2011/2012
Geopotenzial ()
=2/T=7,292 10-5 rad s-1

Fz= 2r (Zentrifugalbeschl.)
cos()=r/R
|F |=2Rcos()
z
r
g*

Fz
g*=Schwerebeschleunigung
geff= g* + 2r
=effektive Erdbeschl.
geff

R=6370 km
geff zeigt nur am Pol und
Äquator auf den
Erdmittelpunkt.
geff steht senkrecht auf Erdspheroid mit äquatorialer Ausbauchung
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
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.
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.
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
• 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.
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Absolute Topographie
Die absolute Topographie umfasst die Linien gleicher geopotenzieller 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.
kalt
warm
Absolute Topographie
der 500 hPa Fläche vom
13.04.2006 um 00 UTC.
Quelle: DWD
Isohypse
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
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.
niedrige Schichthöhe
(kalte Luftmasse)
Relative Topographie
bzgl. 500/1000 hPa
vom 01.04.2006 um
12 UTC.
Quelle: Europäischer
Wetterbericht (DWD)
große Schichthöhe
(warme Luftmasse)
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Gleichgewichtswinde
• geostrophischer Wind (vg) im (x,y,z)-System
T
Fp
Fc ist prop. zu v
vg
H
p0
p0+p
p0+ 2 p
Fc
Geostrophischer Wind:
Gleichgewicht zwischen
Druckgradientkraft und
Corioliskraft
Voraussetzung:
zonal symetrische Verteilung kalter und warmer Luftmassen, d. h.
auf einer z-Fläche herrscht:
• niedriger Druck im kalten Bereich
• hoher Druck in warmer Region
A. H. Fink, V. Ermert
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Gleichgewichtswinde
• geostrophischer Wind (vg) im (x,y,p)-System
Vorteile des (x,y,p)-Systems:
• keine Abh. von der Dichte =(z)
Es gilt:
und somit:
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.
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Gleichgewichtswinde
• geostrophischer Wind (vg) im (x,y,p)-System
Isohypse
Im (x,y,p)-System weht der
geostrophische Wind
parallel zu den Isohypsen,
auf der Nordhalbkugel mit
den niedrigeren Werten zur
Linken.
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Gleichgewichtswinde
• Gradientwind (vG)
Supergeostrophie
Subgeostrophie
p0
Fp
p0+p
p0+ 2 p
H
FZ
p0
Fp
vG
p0+p
vG
FZ
p0+ 3 p
T
Fc ist prop. zu v
T
p0+ 2 p
Fc
p0+ 3 p
Fc
H
gekrümmte Trajektorien (Bahnen)
 Zentrifugalkraft Fz
Gradientwind: Gleichgewicht zwischen Druckgradientkraft, Corioliskraft und Zentrifugalkraft
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Gleichgewichtswinde
• Reibungswind (vR)
vR
Reibung

vG
Planetare Grenzschicht
 Reibung mit dem Boden
Grenzschicht
 Ekman-Spirale
 zunehmende Ablenkung des Windes in Richtung des
tiefen Drucks
Größe der Ablenkung () am Boden:
• über Land: =20-30°
• über Meer: =10-20°
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Gleichgewichtswinde
• Reibungswind (vR)
Fp
FR
vR

vG
Fc
Der sog. Reibungswind ist der geostrophische Wind
unter Einbeziehung der Reibungskraft, die der
Bewegungsrichtung entgegen gerichtet ist.
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
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
• thermischer Wind (vT)
vg0
p1
vT
p0
vg1
Annahme:
geostrophisches Gleichgewicht ist gültig
=> geostrophischer Wind
Der sog. thermische Wind ist die vertikale
Scherung des geostrophischen Windes, d. h.
er ist die Differenz des geostrophischen
Windes unterschiedlicher Höhenniveaus.
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
• thermischer Wind (vT)
geneigte Druckflächen als
Folge von unterschiedlich
temperierten Luftmassen:
 Neigung nimmt mit Höhe zu
  nimmt mit Höhe zu
 vg nimmt mit Höhe zu
warm
kalt
Quelle: Fig. 3.8 in Holton (1992)
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
• thermische Windgleichung
geostrophischer Wind
hydrostatische Grundgl. im p-System
Es folgt:
Die Integration ergibt:
Ist  bekannt lässt sich unmittelbar schreiben:
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
• thermische Windgleichung
barotrop
500 hPa
• barotrope Schichtung: =(p) => pT=0
T=const.
baroklin
500 hPa
• barokline Atmosphäre: =(p,T) => pT≠0
In einer baroklinen Atmosphäre ändert sich der geostrophische
Wind mit der Höhe. Ist die Atmosphäre barotrop geschichtet,
dann ist der geostrophische Wind höhenkonstant.
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Der thermische Wind
• unterschiedliche Wetterlagen
Quelle: Abb. 2.9 in Kurz (1990)
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
• 3D-Ansicht des Polarjets
Strahlstrom
Höhe der Nullgrad-Grenze
A. H. Fink, V. Ermert
Quelle: www.unidata.ucar.edu/software/idv/gallery/jetStream.gif
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
• Polarfront
Quelle: Abb. 5.8 in Kurz (1990)
kalt
warm
barotrope Schichtung
polare Luftmasse
barokline
gemäßigte Luftmasse
Schichtung
kalt
A. H. Fink, V. Ermert
warm
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Volgograd
Kiev
300 hPa: 05.11.2006 00 UTC
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
• Analyse 300 und 500 hPa vom 05.05.2005 00 UTC
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Übungsaufgaben:
• zu bearbeiten bis Donnerstag, den 10.11.2011
 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
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Tipps zu den Übungsaufgaben:
• Isohypsenanalyse auf 300 hPa (schwarz)
verboten!
 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)
ab 60 kn, dann 80, 100, 120, ... kn
100 kn
80 kn
60 kn
Der Winkel zwischen Isotache und Isohypse
Sollte 45° nicht überschreiten (Ausnahme:
Sub- und Supergeostrophie)!
im Delta des Jets
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Tipps zu den Übungsaufgaben:
• Isotachenanalyse auf 300 hPa (grün)
Beachte:
Hier sind keine
Isotachen
eingezeichnet, sondern
die Flächen auf
welchen der Wind eine
bestimmte
Geschwindigkeit
übersteigt.
Supergeostrophie
Subgeostrophie
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012
Tipps zu den Übungsaufgaben:
• Analyse der Polarfront auf 500 hPa (blau)
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
PF
-
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
A. H. Fink, V. Ermert
METSYN: Übung Synoptik
WS 2011/2012