Description
In diesem Buch stellt der Autor die Grundlagen der Meteorologie vor. Er versteht die Atmosphre als ein komplexes dynamisches System, das ein Teilsystem des Systems Planet Erde ist. Das Buch basiert auf einem Vorlesungszyklus fr Umwelttechniker. Daher kann es als Grundlage fr hnlich aufgebaute Lehrveranstaltungen fr Studenten der Geologie oder Geographie mit Meteorologie als Nebenfach oder als Einstieg in das Fach verwendet werden. Darber hinaus ist es fr jeden geeignet, der sich fr die Zusammenhnge von Meteorologie und Umwelt interessiert. Ein Glossar soll das Verstndnis fr das Fachgebiet vertiefen. Die 2. Auflage ist berarbeitet und auf den neuesten Stand gebracht. Layout und Abbildungen wurden zugunsten der Lesefreundlichkeit vllig neu gestaltet. 1 Einfhrung.- 1.1 Begriffe, Definitionen, Motivation.- 1.1.1 Was ist Meteorologie?.- 1.1.2 Was ist Wetter?.- 1.1.3 Was ist Klima?.- 1.1.4 Warum beschftigen wir uns mit der Meteorologie?.- 1.2 Prinzipielle Methoden und Besonderheiten der Meteorologie.- 2 Das System Erdatmosphre.- 2.1 Zusammensetzung der Atmosphre.- 2.1.1 Die Gaszusammensetzung.- 2.1.2 Das atmosphrische Aerosol.- 2.2 Erdgeschichtliche Entwicklung der Atmosphre.- 2.3 Bemerkungen zur Schichteneinteilung der Atmosphre.- 2.4 Atmosphrisches “Scale”-Verhalten und Folgerungen.- 2.5 Rumliche Vernetzungen.- 3 Sonne und Erdatmosphre (Strahlung).- 3.1 Energiequellen.- 3.2 Grundlegende physikalische Strahlungsgesetze.- 3.2.1 Das Plancksche Strahlungsgesetz.- 3.2.2 Das Stefan-Boltzmann-Gesetz.- 3.2.3 Das Wiensche Verschiebungsgesetz.- 3.2.4 Das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz.- 3.3 Sonne, Sonnenwind, Magnetfeld, Obergrenze der Atmosphre.- 3.4 Strahlung der Sonne, Solarkonstante.- 3.5 Wechselwirkungen zwischen Sonnenstrahlung und Atmosphre.- 3.5.1 Absorption.- 3.5.1.1 Photo-Ionisierung, Ionosphre.- 3.5.1.2 Photo-Dissoziation, Photochemie, Ozonschicht.- 3.5.1.2.1 Das stratosphrische Ozon.- 3.5.1.2.2 Anthropogene Eingriffe – Das “Ozonloch”.- 3.5.1.2.3 Das troposphrische Ozon.- 3.5.1.2.4 Bedeutung des stratosphrischen Ozons.- 3.5.1.3 Die hauptschlichen atmosphrischen Absorber.- 3.5.1.4 Das Lambert-Bouguer-Gesetz.- 3.5.2 Die Streuung.- 3.5.2.1 Streuung an Luftmoleklen (Rayleigh-Streuung).- 3.5.2.2 Aerosolstreuung (Dunststreuung, Mie-Streuung).- 3.5.3 Die Extinktion.- 3.5.4 Die atmosphrische Trbung.- 3.5.5 Bemerkungen zur Sichtweite.- 3.5.6 Die Reflexion.- 3.6 Die Terrestrische Strahlung.- 3.7 Der Strahlungshaushalt der Erde.- 3.7.1 Die Strahlungsbilanz der Erdoberflche.- 3.7.1.1 Astronomische und geographische Einflsse auf die Verteilung der Sonnenstrahlung auf der Erde.- 3.7.1.2 Die diffuse Himmelsstrahlung.- 3.7.1.3 Die atmosphrische Gegenstrahlung.- 3.7.2 Die Komponenten der Strahlungsbilanz am Beispiel der Messungen in Hamburg.- 3.7.3 Die Strahlungsbilanz der Atmosphre.- 3.7.4 Die globale Verteilung der Strahlungsbilanz.- 3.8 Anmerkungen zum Glashauseffekt.- 4 Die Wrmebilanz der Erdoberflche.- 4.1 Wrmeaustausch mit tieferen Schichten.- 4.2 Wrmeaustausch mit der Atmosphre.- 4.2.1 Wrmeleitung.- 4.2.2 Verdunstung.- 4.2.2.1 Mikrophysikalische Beschreibung der Verdunstung.- 4.2.2.2 Makrophysikalische Beschreibung der Verdunstung.- 5 Statik und Thermodynamik der Atmosphre.- 5.1 Allgemeine physikalische Grundlagen.- 5.2 Die hydrostatische Grundgleichung.- 5.3 Schwerebeschleunigung und Geopotential.- 5.4 Die Barometrische Hhenformel.- 5.5 Die Temperaturnderung adiabatisch vertikal bewegter Luft.- 5.6 Die vertikale Stabilitt der Luftschichtung.- 5.6.1 Die Auftriebskraft.- 5.6.2 Hydrostatische Stabilitt/Instabilitt.- 5.7 Potentielle Temperatur und vertikale Stabilitt.- 5.8 Stabilittsnderungen bei erzwungenen Vertikalbewegungen.- 5.9 Thermodynamik feuchter Luft.- 5.9.1 Zustandsgren des Wasserdampfes und der feuchten Luft.- 5.9.2 Adiabatische Zustandsnderungen feuchter Luft.- 5.9.3 Berechnung der Auslsung von Konvektionsbewlkung.- 5.9.4 Die Stabilitt (Instabilitt) feuchter Luft.- 5.9.5 Zusammenfassung der wichtigsten Feuchtigkeitsmae und der die Feuchtigkeit bercksichtigenden Temperaturbegriffe.- 5.9.6 Periodische nderungen von Dampfdruck und relativer Feuchte in Bodennhe.- 5.10 Das Thermodynamische Diagrammpapier nach Stve.- 5.11 Temperatur und Wrmeempfinden.- 5.12 Kondensation und Niederschlagsprozesse.- 5.12.1 Tropfenbildung.- 5.12.2 Tropfenwachstum und Niederschlag.- 5.12.3 Wolken- bzw. Niederschlagsteilchen und Luftbeimengungen.- 5.13 Die internationale (phnomenologische) Wolkenklassifikation.- 6 Dynamik der Atmosphre.- 6.1 Der Wind.- 6.2 Die Druckkraft.- 6.3 Horizontale Luftdruckverteilung und Topographie von Druckflchen (Isobarflchen).- 6.4 Thermisch angeregte Zirkulationen.- 6.4.1 Zirkulationen aufgrund unterschiedlicher Erwrmung.- 6.4.1.1 Die Seewindzirkulation.- 6.4.1.2 Die Landwindzirkulation.- 6.4.2 Baroklinitt und Zirkulation.- 6.4.3 Zirkulationen an geneigten Flchen.- 6.4.3.1 Anabatische Winde.- 6.4.3.2 Katabatische Strmungen.- 6.5 Topographisch bedingte, mechanisch verursachte Zirkulationen.- 6.5.1 Wirkungen von Hindernissen.- 6.5.1.1 Wellen und Wirbel mit horizontaler Achse.- 6.5.1.2 “Fhn”-Wirkungen von Hindernissen.- 6.5.1.3 Wirbel mit vertikaler Achse.- 6.5.2 Auswirkungen von Grostdten.- 6.6 Konvektive Erscheinungen.- 6.6.1 Niedrige Konvektion (“shallow convection”).- 6.6.1.1 Zellularkonvektion.- 6.6.1.2 Wolkenstraen.- 6.6.1.3 Konvektionsbnder.- 6.6.2 “Durchgreifende” Konvektion (“deep convection”), Gewitter.- 6.6.3 Squall-lines (Instabilittslinien).- 6.7 Schwerewellen.- 6.8 Bewegungsgesetze.- 6.8.1 Bewegungen auf der rotierenden Erde.- 6.8.2 Der geostrophische Wind.- 6.8.3 Der Gradientwind.- 6.8.4 Einflu der Bodenreibung, antitriptischer Wind.- 6.8.5 Wind im Nicht-Gleichgewicht, dynamische Drucknderungen.- 6.9 Zusammenhang zwischen Temperatur-, Druck- und Windfeld.- 6.9.1 nderung des Windes mit der Hhe.- 6.9.2 Vernderung der Drucksysteme mit der Hhe.- 6.10 Grorumige Zirkulation – Strahlstrme, Wellen und Wirbel.- 6.10.1 Die allgemeine atmosphrische Zirkulation.- 6.10.2 Dynamik der extratropischen Wirbel.- 6.10.3 Wirbelstruktur, Fronten und Wetter.- 6.10.4 Darstellung in der Wetterkarte.- 6.10.5 Besondere Erscheinungen in den Tropen.- 6.10.6 Besondere Erscheinungen in der Stratosphre.- 7 Die Planetarische Grenzschicht.- 7.1 Definitionen und allgemeine Beschreibung.- 7.2 Die atmosphrische Turbulenz.- 7.3 Turbulenz und vertikales Windprofil.- 7.3.1 Einflu von Bodenbeschaffenheit und Stabilitt.- 7.3.2 Windstruktur in der Prandtl-Schicht.- 7.3.3 Windstruktur in der Ekman-Schicht.- 7.3.4 Der Einflu inhomogenen Terrains auf die Grenzschicht.- 7.4 Grenzschichtstruktur und Ausbreitungsvorgnge.- 7.4.1 Auswirkungen der Schichtungsstabilitt.- 7.4.2 Auswirkungen interner Grenzschichten.- 7.4.3 Wirkungen thermischer Zirkulationen ber irregulrem Terrain.- 7.4.4 Auswirkungen besonderer Gelndeformen.- 8 Anmerkungen zu speziellen Problemen.- 8.1 Anmerkungen zu den Luftbahnen (Trajektorien).- 8.2 Anmerkungen zur Ermittlung von Emittenten-Rezeptor-Beziehung.- 8.3 Anmerkungen zur Simulation regionaler Schadstofftransporte in der Atmosphre – das TADAP-Modell.- 8.4 Anmerkungen zum “Nuklearen Winter”.- 9 Anhang.- 9.1 Einige durchschnittliche klimatologische Mittel- und Extremwerte meteorologischer Beobachtungen von Berlin.- 9.2 Literaturempfehlungen zur Begleitung und Vertiefung.- 9.3 Glossar.- 10 Literaturnachweis.- 11 Filmliste.- 12 Sachverzeichnis.
