Meteorologie - geographie.

Meteorologie - geographie. 1 EINLEITUNG Meteorologie, eine Disziplin der Geophysik, die die Erdatmosphäre erforscht. Dazu gehören Untersuchungen des täglichen Wetters (synoptische Meteorologie) sowie Untersuchungen der physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre (theoretische oder physikalische Meteorologie). Untersuchungen des Klimas, der durchschnittlichen Wetterbedingungen über lange Zeiträume, führt die Klimatologie durch, die meist als eigenes Teilgebiet zur Geographie gerechnet wird. Die bodennahen meteorologischen Verhältnisse in kleinen Gebieten untersucht die Mikrometeorologie. Die Untersuchung höherer Atmosphärenschichten (in Höhen über 80 Kilometern) ist die Aufgabe der Aeronomie, während sich die Aerologie der Atmosphäre bis zu einer Höhe von 80 Kilometern widmet. Spezialgebiete der angewandten Meteorologie sind die Bio- oder Medizinmeteorologie (siehe Wetterfühligkeit), die den Einfluss des Wetters auf den (insbesondere kranken oder wetterfühligen) Menschen untersucht, sowie die Agrarmeteorologie und die Flugmeteorologie, die Wettervorhersagen für die besonderen Erfordernisse der Landwirtschaft bzw. Luftfahrt erstellen. 2 GESCHICHTE Aristoteles verfasste eine Abhandlung, die Meteorologica (griechisch meteoros: in der Luft schwebend), in der er atmosphärische Erscheinungen beschrieb. Von diesem Werk wurde der neuzeitliche Begriff Meteorologie abgeleitet. Es fällt auf, dass in der Geschichte der Naturwissenschaften ein großer Teil der Entdeckungen physikalischer und chemischer Gesetze auf das Studium atmosphärischer Erscheinungen zurückgeht. Die Entwicklung der Meteorologie ging einher mit den Fortschritten der Thermodynamik und Hydrodynamik, die wichtige theoretische Grundlagen für die Meteorologie lieferten. Erst exakte Messungen der so genannten Wetterelemente, moderne Beobachtungsgeräte und die Organisation eines Netzwerkes von Beobachtungsstationen zum Sammeln von Wetterdaten ermöglichten eine wissenschaftliche Wettervorhersage. Die Erfindung des Telegraphen in der Mitte des 19. Jahrhunderts gestattete einen schnellen Austausch der Wetterdaten zwischen den Stationen. Während des 1. Weltkrieges entdeckten norwegische Meteorologen unter der Leitung von Vilhelm Bjerknes, dass aufeinander einwirkende Luftmassen Zyklone erzeugen. Die Erfindung von Radiosonden erlaubte die Erforschung der höheren Atmosphäre. Der so genannte Jetstream, ein sich schnell bewegender Luftstrom, der den Erdball in der höheren Atmosphäre umkreist, wurde so entdeckt. 3 WETTERBEOBACHTUNG Nach 1950 ergab sich durch den Einsatz von Computern die Möglichkeit, die grundlegenden Theorien der Hydrodynamik und Thermodynamik auf das Problem der Wettervorhersage anzuwenden. Heutzutage sind Computer aus der Wettervorhersage nicht mehr wegzudenken. 3.1 Bodenbeobachtungen Zu den meteorologischen Beobachtungen in Bodennähe gehören die Messungen von Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit, Windrichtung und -geschwindigkeit, Grad der Bewölkung, Wolkenhöhe, Sichtweite und Niederschlag (die gefallene Regen- oder Schneemenge). Zur Messung des Luftdruckes wird üblicherweise das Quecksilberbarometer verwendet. Aneroidbarometer sind trotz ihrer geringeren Genauigkeit ebenfalls in Gebrauch, besonders auf Schiffen, und wenn sie zur Registrierung benutzt werden, d. h. als so genannte Barographen, die den Luftdruck über einen Zeitraum aufzeichnen. Alle Barometerstände, die in meteorologische Auswertungen eingehen sollen, müssen unter Berücksichtigung der Temperatur und der Höhe der Station korrigiert werden. Nur so können die Werte von verschiedenen Stationen miteinander verglichen werden. Zur Überwachung der Temperatur setzt man verschiedene Thermometertypen ein. Es ist wichtig, das Thermometer so anzubringen, dass die Wirkungen der direkten Sonnenstrahlung am Tag und die des Wärmeverlustes durch Abstrahlung in der Nacht minimiert werden. Zur Messung der Luftfeuchte dient das Hygrometer. Ein spezieller Typ dieses Geräts, das so genannte Psychrometer, besteht aus zwei Thermometern, mit denen die Trocken- und die Feuchttemperatur gemessen werden. Aus dem Vergleich der beiden Temperaturen lässt sich die Luftfeuchte berechnen. Ein neueres Gerät zur Messung der Feuchtigkeit basiert auf der Tatsache, dass bestimmte Substanzen bei Änderungen der Feuchtigkeit ihren elektrischen Widerstand ändern. Instrumente, die dieses Prinzip anwenden, befinden sich in Rawinsonden-Geräten zur Untersuchung der höheren Atmosphäre. Das gebräuchlichste Gerät zur Messung der Windrichtung ist die gewöhnliche Wetterfahne, die sich mechanisch nach dem Wind ausrichtet. Die Windgeschwindigkeit misst man mit einem Anemometer. Den Niederschlag misst man mit einem Regenmesser oder Schneemessbehälter. Ein Regenmesser besteht aus einem senkrechten, oben offenen Zylinder zum Auffangen des Regens. Der Zylinder ist in Millimetern geeicht. Der Schneemessbehälter besteht ebenfalls aus einem Zylinder, der in den Schnee gesteckt wird, um einen Schneekern aufzunehmen. Dieser Kern wird geschmolzen und die äquivalente Wasserhöhe abgelesen, damit die Messung mit der entsprechenden Regenmenge vergleichbar ist. Schneehöhenmessungen werden mit einer Messstange durchgeführt. Durch die Fortschritte auf dem Gebiet der Elektronik wurde die Entwicklung neuartiger Beobachtungsinstrumente möglich. Ein derartiges Gerät ist das Wetterradar, das den Nachweis von Hurrikans, Tornados und anderen schweren Stürmen über Entfernungen von einigen hundert Kilometern ermöglicht. Weitere elektronische Instrumente zur Wetterbeobachtung sind das Ceilometer zur Messung von Wolkenhöhen und das Lichtmessgerät zur Bestimmung der Gesamtwirkung von Smog, Nebel und anderen Sichtbeschränkungen in der Atmosphäre. Das Ceilometer und das Sichtmessgerät ermöglichen Messungen, die für die Luftfahrt wichtig sind. 3.2 Beobachtungen in der höheren Atmosphäre Moderne Methoden der Wettervorhersage und die Anforderungen im Luftverkehr erfordern Messungen von Wind, Druck, Temperatur und Feuchtigkeit in der freien Atmosphäre. Für Routinemessungen in der höheren Atmosphäre wurde die Rawinsonde (radio-wind-sounding device) entwickelt. Sie besteht aus einem leichten meteorologischen Instrument zur Messung von Druck, Temperatur und Feuchtigkeit sowie einem kleinen Hochfrequenzsender. Diese Baugruppe ist an einem Heliumballon befestigt, der die Ausrüstungsgegenstände in die obere Atmosphäre trägt. Die von den meteorologischen Instrumenten durchgeführten Messungen funkt der Sender an Bodenstationen. Ein Funkpeilgerät verfolgt den Weg des Ballons, wenn er von Winden fortgetrieben wird. So ermittelt man aus der räumlichen Position des Ballons in bestimmten Zeitintervallen die Windgeschwindigkeit und -richtung in verschiedenen Höhen. Auch Flugzeuge werden zur Beobachtung der höheren Atmosphäre eingesetzt, besonders wenn Hurrikans oder Taifune besiedelte Gebiete bedrohen. Diese gefährlichen tropischen Stürme spürt man mit speziellen Wettererkundungsflugzeugen auf, die das Zentrum (oder Auge) lokalisieren und meteorologische Messungen von Wind, Temperatur, Druck und Feuchtigkeit in und um den Sturm durchführen. Eine der erfolgreichsten neueren Methoden für die Beobachtung der Atmosphäre besteht in der Anwendung künstlicher Erdsatelliten. Satelliten in polaren oder stationären Umlaufbahnen nehmen automatisch Bilder von Wolken- und Sturmmustern auf und senden sie an jede Wetterstation, die Funkübertragungen empfangen kann. Fast alle größeren Wetterdienste der Welt sind so ausgerüstet, dass sie diese Bilder empfangen können. Infrarotsensoren erlauben die Temperaturbestimmung der oberen Wolkenflächen, so dass die ungefähre Höhe der Wolkensysteme in der Atmosphäre berechnet werden kann. Andere Satelliten haben im Infrarotbereich hoch aufgelöste Bilder von Sturmsystemen bei Nacht geliefert. Bilder von Wettermustern etwa eines Drittels der Erdoberfläche werden von Satelliten in stationären Umlaufbahnen über bestimmten Punkten des Äquators in einer Höhe von etwa 35 400 Kilometern aufgenommen. Immer wichtiger ist auch die Beobachtung von Treibhausgasen und Verschmutzungen der Atmosphäre mit Hilfe von Satelliten. Dies gewinnt besondere Bedeutung für internationale Klimaabkommen, deren Einhaltung überwacht werden muss. Leider sind die von Satelliten bereitgestellten photographischen Aufnahmen nur beschränkt für diejenigen modernen Methoden der Wettervorhersage verwendbar, die auf Temperatur- und Druckbeobachtungen innerhalb der Atmosphäre basieren. Neuere Forschungen suchen nach Mitteln, um Daten der höheren Atmosphäre zu gewinnen. Einer dieser Versuche ist die Global Horizontal Sounding Technique (GHOST). Dabei würde ein weltweites Netz von Ballons, die mit Messgeräten ausgerüstet sind, mit einem System von Satelliten, die die Erde umkreisen, kombiniert werden. 4 WETTERVORHERSAGE Die zur Wettervorhersage verwendeten Methoden wurden seit dem 2. Weltkrieg durch die Fortschritte in der Computertechnologie, bei Satelliten und Kommunikationstechnologien stark verändert. 4.1 Sammlung von Daten Die Sammlung von Wetterdaten erfolgt hauptsächlich durch Fernübertragung via Überlandleitungen und Funk. Daten, die von einer Station ausgedruckt werden, erscheinen gleichzeitig in allen anderen Stationen, die an das Netz angeschlossen sind. Nationale Sammlungen der Wetterdaten werden über schnelle globale Fernleitungen ausgetauscht, so dass die Berichte innerhalb einer Stunde in den regionalen Zentren vieler Länder verfügbar sind. Das Global Telecommunications System der World Meteorological Organization fungiert als zentrale Sammelstelle für Daten von Bodenfunkstellen, meteorologischen Satelliten, Schiffen, Flugzeugen und Radiosonden. 4.2 Übertragung von Daten Innerhalb von zwei Stunden nach der Beobachtungszeit sind die Wetterkarten, die in den nationalen meteorologischen Zentren aus den gesammelten Daten erstellt werden, durch Bildfunk in den Wetterdienststellen auf Flughäfen und in größeren Städten verfügbar. Mit der Einführung von Telefax hat sich die Leistungsfähigkeit der Wetterdienststellen stark verbessert. Meteorologen zeichnen die Karten an zentralen Stationen und stellen sie den Wetterdiensten in den einzelnen Gebieten schneller und in einer größeren Vielfalt zur Verfügung, als dies früher möglich war, als die Karten noch vor Ort gezeichnet wurden. Manche Analysen der oberen Lufthülle werden heute automatisch von Computern erstellt, die mit zusätzlicher peripherer Ausrüstung in der Lage sind, empfangene Daten zu übersetzen und zu speichern, mathematische Berechnungen durchzuführen und Wetterkarten auszugeben. Derartige Analysen werden via Telefax an Außenstellen übertragen und in den Computern für statistische Zwecke gespeichert. 4.3 Modellierung von Daten Die physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Atmosphäre sind seit langem bekannt, doch erst seit wenigen Jahren stehen ausreichend leistungsfähige und schnelle Computer für deren Auswertung zur Verfügung. Die weltweit größte Einrichtung zur Wettermodellierung ist das European Centre for Medium-Range Weather Forecasting in Bracknell (England). Aber die Atmosphäre ist viel zu groß und zu komplex, um exakte Vorhersagen zu treffen, selbst wenn man die derzeit leistungsfähigsten Computer einsetzt. Es ist aber möglich, realistische mathematische Modelle der Atmosphäre aufzustellen. 4.4 Interpretation von Daten Die oben beschriebenen Verfahren laufen automatisch ab, doch die sich daraus ergebenden Vorhersagen erfordern sehr viel Geschick bei der Interpretation. Das Wetter wird in hohem Maß von örtlichen Bedingungen beeinflusst, die in die großräumigen Modelle nicht einbezogen werden können. Die Modelle sind auch keine vollkommenen Darstellungen der Atmosphäre; Meteorologen modifizieren oft die berechneten Ergebnisse aufgrund ihrer Erfahrungen. 4.5 Genauigkeit von Vorhersagen Die Genauigkeit von Wettervorhersagen ist relativ. Veröffentlichte Prozentangaben haben wenig Sinn ohne eine ausführliche Beschreibung der Grundregeln, die sich aus der Beurteilung der Gültigkeit einer Vorhersage ergeben. Heute werden von einer Wettervorhersage Genauigkeiten von 80 bis 85 Prozent über Zeiträume von einem Tag gefordert. Am 13. September 1998 wurde beim Deutschen Wetterdienst in Offenbach eine neue Großrechenanlage in Betrieb genommen, die wesentlich genauere Wettervorhersagen ermöglicht. Um die geforderte Leistung zu erreichen, arbeitet der Rechner mit 456 Prozessoren. Damit sind Hunderte von Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde möglich. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Alle Rechte vorbehalten.