Meteorologie

Prof. Dr. Hans Häckel lehrt an der TU München.

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Wie eine Wettervorhersage entsteht: 4

Inhaltsverzeichnis 5

Das Buch der Zukunft! 9

Vorwort zur 7. Aufl age 11

1 Atmosphäre 17

1.1 Allgemeines über Atmosphären 17

1.2 Geschichte der Erdatmosphäre 18

1.3 Zusammensetzung der Erdatmosphäre und wirtschaftlich-ökologische

Bedeutung der Atmosphärengase 22

1.3.1 Stickstoff 23

1.3.2 Sauerstoff 24

1.3.3 Argon 24

1.3.4 Wichtige atmosphärische Spurengase 24

1.4 Luftdruck 37

1.4.1 Defi nitionen und Gesetzmäßigkeiten 37

1.4.2 Luftdruck als Navigationshilfe für die Luftfahrt 43

1.4.3 Reduktion des Luftdrucks auf Meeresniveau 44

1.5 Temperatur der Atmosphäre 44

1.6 Stabilität und Labilität der Atmosphäre 49

1.6.1 Stabile und labile Zustände 50

1.6.2 Atmosphärenschichtung und Umweltschutz 52

1.6.3 Ausbreitungsrechnung 55

1.7 Vertikale Struktur und Temperatur der Atmosphäre 57

2 Wasser 61

2.1 Defi nitionen und wichtige physikalische Gesetze

über das Wasser in der Atmosphäre 62

2.1.1 Feuchtemaße 62

2.1.3 Spezifi sche Wärme und Volumenwärme 74

2.1.4 Schmelz- und Verdunstungsenergie 77

2.1.5 Rechenformeln und Vergleich der Relativen

Feuchte mit anderen Feuchtemaßen 80

2.2 Phasenübergänge des Wassers und ihre Bedeutung

in der Meteorologie 87

2.2.1 Kondensations- und Gefrierprozesse in der Atmosphäre 87

2.2.2 Verdunstung 94

2.3 Erscheinungsformen des atmosphärischen Wassers 103

2.3.1 Dunst 103

2.3.2 Nebel 103

2.3.3 Wolken 110

2.3.4 Niederschläge 124

2.3.5 Beschläge 147

2.4 Niederschlagsverteilung, klimatische Wasserbilanz und Wasserkreislauf 151

2.4.1 Örtliche und zeitliche Niederschlagsverteilung 151

2.4.2 Klimatische Wasserbilanz 155

2.4.3 Wasserkreislauf in der Bundesrepublik Deutschland 157

2.4.4 Wasserhaushalt des Erdbodens im Jahresverlauf 158

3 Strahlung 161

3.1 Defi nitionen und wichtige Gesetzmäßigkeiten über die Strahlung 161

3.1.1 Lambertsches Gesetz 165

3.1.2 Bouguer-Lambert-Beersches Gesetz 165

3.1.3 Plancksches Gesetz 166

3.1.4 Wiensches Verschiebungsgesetz 169

3.1.5 Stefan-Boltzmannsches Gesetz 170

3.1.6 Strahlungsverhalten der Gase 173

3.1.7 Zusammenfassende Betrachtungen und molekularkinetische

Deutung des Planckschen Gesetzes 175

3.2 Von der Sonne ausgehende Strahlung 178

3.2.1 Strahlungsgenuss der Erde 178

3.2.2 Absorption, Streuung und Reflexion 183

3.2.3 Strahlungsumsatz von Atmosphäre, Boden, Vegetation und Gewässern 195

3.3 Von der Erdoberfl äche und der Atmosphäre ausgehende Strahlung 202

3.3.2 Wirkungen der langwelligen Strahlung 209

3.3.3 Glashauseffekt 210

3.4 Strahlungsbilanz der Erdoberfl äche 214

3.5 Optische Erscheinungen in der Atmosphäre 216

3.5.1 Regenbogen 216

3.5.2 Haloerscheinungen 219

3.5.3 Weitere optische Erscheinungen 221

4 Energiehaushalt der Erdoberfläche 225

4.1 Speicherung von Wärme im Boden und in Gewässern 225

4.1.1 Grundsätzliches zum Wärmetransport im Boden 225

4.1.3 Bewachsener Boden 234

4.1.4 Wärmespeicherung in Gewässern 236

4.2 Austausch fühlbarer Wärme und latenter Energie 238

4.2.1 Fühlbare Wärme 238

4.2.2 Latente Energie 242

4.4 Zusammenhang zwischen Energiehaushalt der Erdoberfläche

und Temperatur der bodennahen Luft 246

5 Wind 252

5.1 Graphische Darstellung des Windes 254

5.2 Entstehung des Windes 256

5.2.1 Land- und Seewind 256

5.2.2 Andere kleinräumige Windsysteme 258

5.2.3 Großräumige Windsysteme 261

5.3 Besondere Winderscheinungen 268

5.3.1 Tornados 269

5.3.2 Hurrikane, Taifune, Zyklonen 271

5.4 Böigkeit des Windes 273

5.5 Windschäden und Windschutz 276

5.5.1 Schäden durch Druck-, Sog- und Böeneinwirkung 276

5.5.2 Windschutz 278

6 Dynamik der Atmosphäre 280

6.1.1 Thermische Hoch- und Tiefdruckgebiete 280

6.1.3 Luftmassen 296

6.2 Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre 298

6.2.1 Hochdruckgürtel und Tiefdruckrinnen 299

6.2.2 Passatzirkulation 300

6.2.3 Polare Zirkulation 301

6.2.4 Zusammenfassung der allgemeinen Zirkulation 301

6.2.5 Mit der allgemeinen Zirkulation verbundener Energietransport 303

6.2.6 Jahresgang der allgemeinen Zirkulation 306

6.2.7 Monsune 308

6.3 Beispiele besonderer Wetterlagen 308

6.3.1 Die Dürre- und Hitzeperiode im Sommer 1976 308

6.3.2 Der Kälteeinbruch vom Dezember 1978 310

6.3.3 Die schweren Spätfröste vom Mai 1957 310

6.3.4 Der Frühfrost vom September 1971 311

7 Klima 315

7.1 Was ist Klima? 315

7.3 Klimascales 318

7.4 Weltklima 321

7.5 Makroklima 323

7.6 Mesoklima und Mikroklima 326

7.6.1 Strahlungsverhältnisse im gegliederten Gelände 326

7.6.2 Temperaturverhältnisse im gegliederten Gelände 336

7.6.3 Wind im gegliederten Gelände 342

7.6.4 Niederschlag im gegliederten Gelände 350

7.6.5 Stadtklima 353

7.6.6 Klima im Pfl anzenbestand 357

7.7 Klima an Einzelpflanzen und Pflanzenorganen als Beispiel für das Spotklima 360

7.7.1 Strahlung 361

8 Messung meteorologischer Größen 374

8.1 Temperatur 374

8.1.1 Flüssigkeitsthermometer 375

8.1.2 Bimetallthermometer 377

8.1.3 Widerstandsthermometer 377

8.1.4 Messfehler bei der Temperaturmessung 378

8.1.5 Thermoelemente 380

8.1.6 Strahlungsthermometer 382

8.1.7 Messungen der Temperatur im Erdboden 382

8.2 Niederschläge und Beschläge 383

8.2.1 Niederschlagsmesser 384

8.2.2 Registrierende Niederschlagsmesser 386

8.2.3 Regenmelder 388

8.2.4 pH-Wert-Messer 388

8.2.5 Nebeltraufe 388

8.2.6 Stamm- und Stängelabfluss 389

8.2.7 Benetzungsdauer 390

8.2.8 Schneehöhe und Schneedichte 390

8.3 Luftfeuchtigkeit 390

8.3.1 Haarhygrometer 390

8.3.2 Psychrometer 391

8.3.3 Elektronische Feuchtemessung 393

8.4 Verdunstung 394

8.5 Bodenwassergehalt 395

8.6 Wind 396

8.6.1 Windrichtung 396

8.6.2 Windgeschwindigkeit 398

8.7 Strahlung 402

8.7.1 Sonnenscheindauer 403

8.7.2 Kurzwellige Strahlung 405

8.7.3 Strahlungsbilanz 407

8.7.4 Photosynthetisch aktive Strahlung und Licht 407

8.8 Luftdruck 408

8.8.1 Quecksilberbarometer 408

8.8.2 Aneroid- oder Dosenbarometer 410

8.9 Flugmeteorologisch wichtige Größen 411

8.9.1 Sichtweite 411

8.9.2 Wolkenuntergrenze 411

8.9.3 Bestimmung der Wolkenmenge 412

8.10 Wetterradar 412

8.11 Nicht bodengebundene Messgeräte 414

8.11.1 Radiosonden 414

8.11.2 Fernerkundung 416

8.11.3 Wettersatelliten 417

Extra-Kapitel

„Schwankungen und Veränderungen des Klimas“

abrufbar unter www.utb-mehr-wissen.de

Literaturverzeichnis 421

Zitierte Literatur 421

Weiterführende Literatur 429

Sachregister 436