Materialien uni-koeln.de /~ad106 Manuskript zur Übung Begleitende Veranstaltung

METSYN: Synoptische Meteorologie

Aufbau des Moduls

Veranstaltung Tag Zeitraum Lehrpersonal

Vorlesung Do + Fr KW44/2015 − KW6/2016 Neggers

Übung Do + Fr KW43 − KW50/51 Ermert, Schemann, Mathias

Wetterbesprechung (Seminar)

Do + Fr KW51/2015 oder KW1/2016 − KW6/2016

Ermert, Mathias

Übungs- bzw. Seminarzeiten

• Do 12:00 − 13:30 Großer Seminarraum 3.136

• Fr 12:00 − 13:30 Hörsaal 4.001

Materialien

www.uni-koeln.de/~ad106

• Manuskript zur Übung

Kriterien zur Klausurzulassung:

•Anwesenheit in 80 % der Übungstermine

•Erreichung von 50 % der Übungspunkte

•Bestehen von Schlüsselübungen (Stüvediagramm, 300 hPa Isotachen,

500 hPa Polarfront, Bodenkarte & Besprechung einer Wetterlage)

•Anwesenheit in 80 % der Seminartermine

•Abhalten einer erfolgreichen Wetterbesprechung

I

METSYN-Seminar: Wetterbesprechung

• Donnerstag-Termin

Kandidat/in Wetterübersicht Material Vorhersage Sonderaufgaben

1 Do, Fr, Sa (vor 2 Wochen)

NinJo, Bodenkarte, wetter3.de, ...

Do(Ana), Fr 1-2 Aufgaben

2 So, Mo, Di (Vorwoche)


Sa, So 1-2 Aufgaben

• Freitag-Termin


1 Sa, So, Mo (Vorwoche)


Fr (Ana), Sa 1-2 Aufgaben

2 Di, Mi, Do (Vorwoche)


So, Mo 1-2 Aufgaben

METSYN-Seminar: Wetterbesprechung

• Donnerstag-Termin


1 Do, Fr, Sa (vor 2 Wochen)


Do(Ana), Fr 1-2 Aufgaben

2 So, Mo, Di (Vorwoche)


Sa 1-2 Aufgaben

3 Mi, Do, Fr (Vorwoche)


So 1-2 Aufgaben

• Freitag-Termin


1 Sa, So, Mo (Vorwoche)


Fr (Ana), Sa 1-2 Aufgaben

2 Di, Mi, Do (Vorwoche)


So 1-2 Aufgaben

3 Fr, Sa, So (Vorwoche, aktuelle Woche)


Mo 1-2 Aufgaben

Listen

• Teilnehmerliste

• Kommunikationsliste

Radiosondenaufstiege

• Sog. TEMP

• Nutzen

Sondierung der unteren Atmosphäre

Analyse des „Istzustands“ der atmosphärischen Schichtung

Modellanalyse und –vorhersage

Identifizierung von Stabilitäten/Instabilitäten in der Troposphäre

Þ Ist Konvektion möglich?

Þ Rückschluss auf Wolken, mögl. Schauer und Gewitter

Radiosondenaufstiege

• Aufbau einer TEMP-Meldung (FM 35)

4 Teile

- A (TTAA): Standarddruckflächen unter 100 hPa (~Troposphäre)

1000, 925, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100 hPa

- B (TTBB): Markante Punkte der Temp. und des Windes unter 100 hPa

- C (TTCC): Standarddruckflächen über 100 hPa (~Stratosphäre):

70, 50, 30, 20, 10 hPa

- D (TTDD): Markante Punkte der Temp. und des Windes über 100 hPa

Beispiel: FM 35 TEMP

www.uni-koeln.de/math-natfak/geomet/meteo/winfos/radiosonden/Europa/temp_frame.html

s. auch Skript S. 16-21

I

Zustandsänderungen

• Motivation

-T

?

Frage: Wie verändert sich der Zustand des „Luftpaketes“?

Fazit: Das Luftpaket steigt von alleine nur dann auf, wenn es leichter als die Umgebung ist, d. h. wenn seine Dichte geringer ist als die der Umgebung. Beachte: Die Dichte ist vor allem abh. von der Temperatur als auch vom Feuchtegehalt der Luft.

• adiabatisch

Kein thermischer Kontakt/Austausch mit Umgebung

• trockenadiabatisch

Adiabatische Zustandsänderung ohne Phasenübergänge des Wassers (Wasserdampf <-> Wasser)

• feuchtadiabatisch

Adiabatische Zustandsänderung unter der Berücksichtigung von Phasenübergängen des Wassers

Zustandsänderungen

• Hebungsprozesse

freie Hebung

erzwungene Hebung

Solare Einstrahlung

An orographischen Hindernissen (z. B. Gebirge)

Fronten (z. B. Kaltluft schiebt sich unter Warmluft)

Organisierte Konvektionscluster (z. B. Böenlinien)

Zustandsänderungen

• Trockenadiabatischer Temperaturgradient (-d)

Herleitung mittels 1. Hauptsatz der Thermodynamik, hydrostatischer Grundgleichung

• Feuchtadiabatischer Temperaturgradient (-f)

-f < -d, da beim Phasenübergang Wasserdampf zu Wasser latente

Wärme frei wird

• Poisson-Gleichung

Herleitung mittels 1. HS und allg. Gasgl.

• Potenzielle Temperatur (-)• Mischungsverhältnis (m): g Wasserdampf pro kg trockener Luft

• Sättigungsmischungsverhältnis (M): m bei Sättigung

Zustandsänderungen

p-

T

-f

-d

absolut stabil

absolut labil

bedingt labil

Temperaturprofil

indifferent

stabil

labil

Stüvediagramm

p-

T

Trockenadiabaten

Feuchtadiabaten

3,5 g/kg

Linie des konstanten Sättigungsmischungs-verhältnisses

1000 hPa

Hebungskondensationsniveau

Frage: Wie verändert sich der Zustand eines Luftpaketes wenn es in der Atmosphäre zum Aufstieg gezwungen wird (erzwungene Hebung)?

Ist das Luftpaket nicht mit Wasserdampf gesättigt, erfolgt zunächst der Aufstieg trockenadiabatisch, d. h. es kühlt sich mit 0,98°C pro 100 m ab (s. -d).

Nimmt die Temperatur ab, so sinkt auch der Sättigungsdampfdruck (E) des Wasserdampfes (e). Ist schließlich e=E, so beginnt der Wasserdampf zu kondensieren. Das Luftpaket hat das sog. Hebungskondensations-niveau (HKN) erreicht. Es bilden sich Wassertropfen, die bei der feuchtadiabatischen Zustandsänderung sofort aus dem Luftpaket ausfallen und nicht mehr berücksichtigt werden.

Das Luftpaket steigt nun feuchtadiabatisch auf.

Bemerkung: Die Vorstellung eines adiabatischen Aufstiegs und des Ausfallens der Wassertropfen ist idealisiert, in der Realität kommt es zum thermischen Austausch des Luftpaketes mit der Umgebung und aufsteigende Luftpakete können Wassertropfen beinhalten.

Kumuluskondensationsniveau

Frage: Wann steigt ein Luftpaket frei auf (freie Hebung)?

Ein Luftpaket steigt von alleine auf, wenn es weniger dicht als seine Umgebung ist, d. h. i. Allg. wenn es wärmer als seine Umgebung ist.

Frage: Wann bilden sich in der Atmosphäre ohne erzwungene Hebung Wolken?

Dies ist genau dann der Fall, wenn ein Luftpaket so lange frei aufsteigt, bis es mit Wasserdampf gesättigt ist. Es wird dann das sog. Kumuluskondensationsniveau (KKN) erreicht und es bilden sich oberhalb dieser Höhe Wolken. Das Luftpaket steigt so lange weiter auf, bis es schwerer als seine Umgebung ist.

Frage: Wie lassen sich HKN und KKN im Stüvediagramm bestimmen?

Ein Luftpaket erreicht seine Sättigung mit Wasserdampf genau dann, wenn sich die Linie des konstanten Sättigungsmischungsverhält-nisses des Taupunktes im Startniveau mit der zur Starttemperatur gehörenden Trockenadiabate schneidet. Im Falle des KKN muss erst die sog. Auslösetemperatur erreicht werden (s. auch Skript S. 23-24).

Bestimmung des HKN und KKN im Stüvediagramm

Startniveau: Boden

p-

T

Temperaturprofil aus Radiosondenaufstieg

Profil des

Taupunktes

Bodendruck

Bodentaupunkt Temperatur am Boden

HKN (erzwungene Hebung)

KKN (Wolkenuntergrenze bei labiler Schichtung unterhalb KKN)

Wolkenobergrenze

Auslösetemperatur

Übungsaufgaben:

• zu bearbeiten bis Donnerstag, den 29.10.2015

Skript S. 22: Aufgaben 1), 2) und 3)

Nächste Übung:

Morgen (Freitag), den 23.10.2015, 12 MESZ, Hörsaal 4.001

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