Meteorologie

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

Vorwort zur 8. Auflage11
Formeln und Einheiten14
Bildquellen 16
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 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 Definitionen 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 Definitionen und wichtige physikalische Gesetze über das Wasser in der Atmosphäre 62
2.1.1 Feuchtemaße 62
2.1.3 Spezifische 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 Definitionen 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 Erdoberfläche und der Atmosphäre ausgehende Strahlung 202
3.3.2 Wirkungen der langwelligen Strahlung 209
3.3.3 Glashauseffekt 210
3.4 Strahlungsbilanz der Erdoberfläche 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 Luft246
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 Pflanzenbestand 357
7.7 Klima an Einzelpflanzen und Pflanzenorganen als Beispiel für das Spotklima 360
7.7.1 Strahlung 361
7.7.2 Temperatur 362
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 Niederschlagsmelder 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 Luftfeuchtigkeit390
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 397
8.7 Strahlung 400
8.7.1 Sonnenscheindauer 400
8.7.2 Kurzwellige Strahlung 405
8.7.3 Strahlungsbilanz406
8.7.4 Photosynthetisch aktive Strahlung und Licht 407
8.8 Luftdruck 408
8.8.1 Quecksilberbarometer 408
8.8.2 Aneroid- oder Dosenbarometer 409
8.9 Flugmeteorologisch wichtige Größen 410
8.9.1 Sichtweite 410
8.9.2 Wolkenuntergrenze 411
8.9.3 Bestimmung der Wolkenmenge 411
8.10 Wetterradar 412
8.11 Nicht bodengebundene Messgeräte 414
8.11.1 Radiosonden 414
8.11.2 Fernerkundung 416
8.11.3 Wettersatelliten 416
A Anhang Schwankungen und Veränderungen des Klimas
Vorbemerkungen 420
A.1 Das Klima früherer Zeiten 421
A.2 Informationsquellen über das Klima früherer Zeiten 421
A.2.1 Wettermessgeräte 421
A.2.2 Schriftliche Informationen über das Wetter 422
A.2.3 Indirekte Analyseverfahren 424
A.3 Ergebnisse der Klimaanalysen 428
A.3.1 Die letzten 100 Jahre 428
A.3.2 Die letzten 1 000 Jahre 429
A.3.3 Die letzten 10 000 Jahre 432
A.3.4 Die letzten 100 000 Jahre 433
A.3.5 Die letzten 1 000 000 Jahre 435
A.4 Ursachen der Klimaschwankungen 435
A.4.1 Interne Einflüsse auf das Klima 435
A.4.2 Externe Einflüsse auf das Klima 435
A.5 Das Klima der Zukunft 441
A.5.1 Klimaänderungen nach der Milankovic´-Theorie 441
A.5.2 Anthropogene Einflüsse 441
A.5.3 Klimamodelle 443
A.5.4 Ergebnisse von Rechnungen mit Klimamodellen 445
Literaturverzeichnis 448
Sachregister 463