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

1. Materialien • www.uni-koeln.de/~ad106 • Manuskript zur Übung • Begleitende Veranstaltung • METSYN: Vorlesung Synoptische Meteorologie (Fink) • Kriterien zur Klausurzulassung: • Anwesenheit in 80 % der Übungen • Erreichung von 50 % der Übungspunkte (20 von 40) • Bestehen von Schlüsselübungen (Stüvediagramm, 300 hPaIsotachen, • 500 hPa Polarfront, Bodenkarte & Besprechung einer Wetterlage) • Bestandteil des Moduls METSYN • Seminar: Wetterbesprechungen I

2. Wetterbesprechung • Einteilung Donnerstag-Termin: Analyse Mi-Fr 00 & 12 UTC; Vorhersage Fr & Sa Freitag-Termin:Analyse Sa-Mo 00 & 12 UTC; Vorhersage Sa & So

3. Listen • Teilnehmerliste • Kommunikationsliste

4. Radiosondenaufstiege • Sog. TEMP • Nutzen • Sondierung der unteren Atmosphäre • Analyse des „Istzustands“ der atmosphärischen Schichtung • Modellanalyse und –vorhersage • Identifizierung von Stabilitäten/Instabilitäten in der Troposphäre • Ist Konvektion möglich? • Rückschluss auf Wolken, mögl. Schauer und Gewitter

5. 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

6. ? T • Zustandsänderungen • Motivation 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. Frage: Wie verändert sich der Zustand des „Luftpaketes“?

7. Zustandsänderungen • Hebungsprozesse freie Hebung • Solare Einstrahlung • An orographischen Hindernissen (z. B. Gebirge) • Fronten (z. B. Kaltluft schiebt sich unter Warmluft) • Organisierte Konvektionscluster (z. B. Böenlinien) erzwungene Hebung • 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

8. 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

9. p Temperaturprofil f stabil absolut stabil bedingt labil d indifferent absolut labil labil T Zustandsänderungen

10. Linie des konstanten Sättigungsmischungs-verhältnisses p 3,5 g/kg Trockenadiabaten Feuchtadiabaten T Stüvediagramm 1000 hPa

11. 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.

12. 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).

13. p Temperaturprofil aus Radiosondenaufstieg Profil des Taupunktes Wolkenobergrenze KKN (Wolkenuntergrenze bei labiler Schichtung unterhalb KKN) Auslösetemperatur HKN (erzwungene Hebung) Bodendruck T Temperatur am Boden Bodentaupunkt Bestimmung des HKN und KKN im Stüvediagramm Startniveau: Boden

14. Übungsaufgaben: • zu bearbeiten bis Donnerstag, den 24.10.2013 • Skript S. 22: Aufgaben 1), 2) und 3) Nächste Übung: Donnerstag, den 24.10.2013, 14 MESZ, Großer Seminarraum 3.136 Erste Wetterbesprechung: Freitag, den 18.10.2013, 12 MESZ, Kleiner Seminarraum 3.137