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Clemens Simmer
Einführung in die Meteorologie (met210) - Teil VII: Synoptik
2
VII.1 Allgemeines zur Synoptik
1. 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
3
VII.1.3 Thermische Verknüpfung von Boden
und Höhenwetterkarten - thermischer Wind -
z
x
pj-3Δp
pi-Δp
pi-2Δp
pj-2Δp
pi
pj-Δp
pj
kalte Luft warme Luft
horizontale
Druckgradienten
höhenabhängiger
geostrophischer
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
Breiten gv
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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
7
Formale Ableitung des thermischen Windes
im z-System
1 , ,
1 ln
lnln
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 pf
R T R T R Tk p k p k p
fp f p f
v R T R Tpk k p
z
R Tp p p pg
f z f z
R T gk
f 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 v
z f T T z
gT T Tgk T v k T v
f T T z fT T z
vH
v
gTk
fT
g
z
v
Skalenanalyse
1
2
8
Der thermische Wind - Zusammenfassung -
1:g Hv k p
f
g
H v
v
thermisch g H v
v
v gk T
z T f
gv v k T z
T 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
T
W K
H
T
𝑣 𝑡ℎ𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑐ℎ
𝑣 𝑔,𝑜𝑏𝑒𝑛
𝑣 𝑔,𝑢𝑛𝑡𝑒𝑛
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Der thermische Wind - Indikator für Temperaturadvektion und Möglichkeit des Nowcasting von
Temperaturänderungen-
H
T
W K
H
T
H
T
K W
H
T
Rechtsdrehung
mit der Höhe
=
Es wird wärmer
Linkssdrehung
mit 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 g
p p pv k
f
v R Tk k
p f p f p
Rk T
fp
v Rp
p f
p
p vk T vpLg
Tkf
R
p
v
ln
Ableitung 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
g
vpln
00
p
vT
g
vpln
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Barokline Felder - 2 Fälle -
h 2
h 1
h 3
h 4
h 1
h 2
h 3
h 4
T 1
T 2
T 3
T 1
T 2
T 3
T 4 T
4 E E
N N
a b
v g
v g
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.1.3
1. 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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