Clemens Simmer

Einführung in die Meteorologie (met210)

- Teil VII: Synoptik

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VII.1 Allgemeines zur Synoptik1. 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

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VII.1.3 Thermische Verknüpfung von Boden und Höhenwetterkarten - thermischer Wind -

z

x

pj-3Δp

pi-Δp

pi-2Δp

pj-2Δp

pi

pj-Δppj

kalte Luft warme Luft

horizontaleDruckgradienten

höhenabhängigergeostrophischer

Wind=

thermischer Wind

pi=pj

Horizontale Temperaturunterschiede erzeugen horizontale Druckunterschiede in der Höhe und damit unterschiedlichen geostrophischen Wind in der Übergangszone.

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Thermischer Wind (1)

gv

po

S, warm N, kalt

po-Δp

po-2Δp

gv

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

Frontalzonen

Durch horizontale Temperaturunterschiede entsteht ein (geostrophischer) Wind, der die kalte Luft umströmt, wie der geostrophische Wind das Tief.

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Thermischer Wind (2)

gv

po

S, H, warm N,T, kalt

po-Δp

po-2Δp

gv

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

Breitengv

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Thermischer Wind (3)

gv

po

S, T, warm N,H, kalt

po-Δp

po-2Δp

gv

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

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Formale Ableitung des thermischen Windes im z-System

1 , ,

1 ln

ln ln

1

lng H

L v L v L vH H H

g L v L vH H

L vH

L v

L vL v

L v

v k pfR T R T R Tk p k p k pfp f p f

v R T R Tpk k pz

R Tp p p pg

f z f z

R T gkf R T

g R TR T z p z z

z

T

4

10 10110 1100000

10030010 300

0,0030,03

2

1 1

1 1 1

v v vg H g

v v v

v v vH v g H v g

v v v v

T gT Tv k vz f T T z

gT T Tgk T v k T vf T T z fT T z

vHv

g TkfTg

zv

Skalenanalyse

1

2

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Der thermische Wind- Zusammenfassung -

1:g Hv k pf

g

H vv

thermisch g H vv

v g k Tz T f

gv v k T zT f

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. H

TW KH

T𝑣 h h𝑡 𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑐

𝑣𝑔 ,𝑜𝑏𝑒𝑛

𝑣𝑔 ,𝑢𝑛𝑡𝑒𝑛

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Der thermische Wind- Indikator für Temperaturadvektion und Möglichkeit des Nowcasting von Temperaturänderungen-

H

TW K

HT

H

TK W

H

T

Rechtsdrehungmit der Höhe

=Es wird wärmer

Linkssdrehungmit 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!

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Formale Ableitung des thermischen Windes im p-System

Annahme

statische GG ideale

da konstantbei

G

Nabla

asG

1 , Geopotentia

1

1l ,

1

L v

g c

g p

g L vp p

Lp v

o

g L

p

nst

R Tgz zgz gp p p

v kf

v R Tk kp f p f p

R k Tfp

v Rpp f

p

p vk T vpLg TkfR

pv

lnAbleitung 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 geostrophischen Windes bilden.

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Barotrope und barokline Felder

• barotrop: Isoflächen von Druck und Temperatur sind parallel zueinander

geostrophischer Wind mit der Höhe konstant

• baroklin: Isoflächen von Druck und Temperatur sind gegeneinander geneigt

geostrophischer Wind ändert sich mit der Höhe

00

p

vT gvp ln

00

p

vT gvp ln

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Barokline Felder- 2 Fälle -

h2

h1

h3

h4

h1

h2

h3

h4

T1

T2

T3

T1

T2

T3

T4T4EE

NN

a b

vg vg

h1 < h2 < … Isohypsen einer Druckfläche , T1 < T2 < … die Temperaturen

a: Es herrscht keine Temperatur-advektion. Dieser Fall ist typisch für Höhenkarten ab 500 hPa. Es ist ein Initialfeld für barokline Wellen

b: Es herrscht Temperaturadvektion. Dieser Fall ist typisch für die Bodenwetterkarten. Sie sind verantwortlich z.B. für die Intensivierung von Wellen in den Höhenkarten.

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• Gegeben sei das Isohypsenfeld der 1000 hPa Druckfläche (untere Abb., durchgezogene Linien) mit Isothermen (untere Abb., gestrichelte Linien).

• Bei gleicher Temperaturabnahme mit der Höhe folgen obige Isothermen und Isohypsen der 500 hPa-Fläche.

• In der Höhe geht das Zellenfeld am Boden in eine Wellenform über.

• Das Tief wird in der Höhe nach Nordwest und das Hoch nach Südwest verschoben.

Zusammenhang zwischen Boden- und Höhenkarten

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Übungen zu VII.1.31. Das Druckfeld am Boden weise eine Druckzunahme von 5 hPa auf

100 km von Süd nach Nord auf. Weiter herrsche ein Temperaturgradient von West nach Ost von 5 K auf 100 km. Schätze den geostrophischen Wind am Boden und in 5 km Höhe ab.

2. 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).

3. 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.

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