ppt-Dokument der 1. Übung

Report
Materialien
I
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 hPa Isotachen,
500 hPa Polarfront, Bodenkarte & Besprechung einer Wetterlage)
Bestandteil des Moduls METSYN
• Seminar: Wetterbesprechungen
Wetterbesprechung
• Einteilung
Termin
Referent(in)
Do
12.01.2012
1.
2.
Fr
13.01.2012
1.
2.
Do
19.01.2012
1.
2.
Fr
20.01.2012
1.
2.
Do
26.01.2012
1.
2.
Fr
27.01.2012
1.
2.
Do
02.02.2012
1.
2.
Studienfach
Donnerstag-Termin: Analyse Mi-Fr 00 & 12 UTC; Vorhersage Fr & Sa
Freitag-Termin: Analyse Sa-Mo 00 & 12 UTC; Vorhersage Sa & So
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
 Ist Konvektion möglich?
 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
I
Beispiel: FM 35 TEMP
www.uni-koeln.de/math-natfak/geomet/meteo/winfos/radiosonden/Europa/temp_frame.html
s. auch Skript S. 16-21
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.
?
T
Frage: Wie verändert sich der Zustand des „Luftpaketes“?
Zustandsänderungen
• Hebungsprozesse
 Solare Einstrahlung
freie Hebung
 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
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
Temperaturprofil
p
f
bedingt labil
stabil
absolut stabil
d
indifferent
absolut labil
T
labil
Stüvediagramm
p
3,5 g/kg
Linie des konstanten
Sättigungsmischungsverhältnisses
Trockenadiabaten
Feuchtadiabaten
1000 hPa
T
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. Hebungskondensationsniveau (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 Sättigungsmischungsverhältnisses 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
Temperaturprofil aus Radiosondenaufstieg
Profil des
Taupunktes
Wolkenobergrenze
KKN
(Wolkenuntergrenze bei
labiler Schichtung unterhalb KKN)
HKN
(erzwungene Hebung)
Auslösetemperatur
Bodendruck
Bodentaupunkt
T
Temperatur am Boden
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

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