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Die meteorologischen Grundelemente
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Die Sonneneinstrahlung führt dem Erdboden und der Atmosphäre direkt oder indirekt Energie zu und diese Energiezufuhr verursacht die atmosphärischen Prozesse, welche Gegenstand der Betrachtung in der Meteorologie sind. Um das Geschehen in der Atmosphäre beschreiben zu können, muß man eine gewisse Anzahl von Größen messen oder sonst bestimmen können, das sind die sog. meteorologischen Elemente
oder Variablen. Einige dieser Größen sind primär, das sind die meteorologischen Hauptelemente, die anderen sind sekundär, sie lassen sich aus den ersteren ableiten.
Die 4 meteorologischen Hauptelemente sind:
Die übrigen meteorologischen Elemente, wie Luftdichte, Bewölkung. Niederschlag, Sicht usw. hängen von diesen vier Hauptelementen ab und können daher physikalisch im wesentlichen von ihnen abgeleitet werden.
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Unser blauer Planet |
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Im folgenden sollen zunächst die meteorologischen Hauptelemente besprochen werden, ehe die weiteren verschiedenen atmosphärischen Prozesse und Phänomene behandelt werden. Diese Grundelemente beschreiben den physikalischen Zustand der Atmosphäre. Schon jeweils als einzelne Parameter sind sie für das Fliegen von offensichtlicher Bedeutung. Angetrieben von der Sonne als Energiequelle entsteht aus ihrem komplexen Zusammenwirken dann das uns
bekannte Wetter mit seinen unendlich vielfältigen Erscheinungen, als typisches Wetter im Hoch- oder Tiefdruckgebiet, im Durchzug von Warm- und Kaltfronten, in Okklusionen und dergleichen mehr.
Das Wetter dieser typischen Wetterlagen fällt zu den verschiedenen Jahreszeiten nochmals ganz unterschiedlich aus: Eine Hochdruckwetterlage im Sommer bringt meist bestes Flug- oder Badewetter, dasselbe im Winter ist oft trüb, grau und nebelverhangen. Bevor wir uns mit deren komplexen Zusammenwirken auseinander setzen, ist es deshalb notwendig, uns diese verschiedenen Grundelemente einzeln
anzusehen.
Zuvor muß jedoch zum Verständnis der Aufbau und die Struktur der Erdatmosphäre betrachtet werden.
Die Struktur der Erdatmosphäre läßt sich am einfachsten anhand des vertikalen Druck-, Dichte- und Temperturverlaufes darstellen. Hierauf wird im Kapitel "Der Aufbau der Atmosphäre" näher eingegangen.
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Meteorologische Maßeinheiten
Bei der Betrachtung meteorologischer Zusammenhänge sind eine Vielzahl unterschiedlicher Basisgrößen in den Blick zu nehmen. Dies macht eine einheitliche Bezeichnung notwendig. Sollen physikalische Gleichungen auswertet, d.h. mit ihnen gerechnet werden, wie z.B. mit dem 2. Newtonsche Axiom:
Kraft = Masse x Beschleunigung (F=ma),
so müssen alle Variablen und anderen Terme im selben Einheitensystem stehen.
In der Meteorologie ist für die Benennung dieser Basisgrößen das sog. SI-System (Système International d’Unités) gebräuchlich.
Aus den Basisgrößen können wiederum weitere SI-Einheiten abgeleitet werden:
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Basisgröße
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Name
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Symbol
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Länge
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Meter
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m
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Masse
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Kilogramm
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kg
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Zeit
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Sekunde
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s
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el. Stromstärke
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Ampere
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A
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Temperatur
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Kelvin
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K
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Stoffmenge
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Mol
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mol
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Lichtstärke
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Candela
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cd
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abgeleitete SI-Einheit
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Name
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Symbol
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Fläche
Volumen
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Quadratmeter
Kubikmeter
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m2
m3
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Frequenz
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Hertz
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Hz = s-1
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Kraft (= Masse x Beschleunigung)
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Newton
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N = kg ms-2
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Druck (= Kraft / Fläche)
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Pascal
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Pa = N m-2 = kg m-1s-2
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Energie (= Arbeit = Kraft x Weg)
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Joule
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J = N m = kg m2s-2
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Leistung (Energie / Zeit)
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Watt
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W = Js-1 = kg m2 s-3
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elektr. Spannung
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Volt
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V = WA-1 = kg m2 s-3 A-1
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Und dann noch einige meteorologische Grundeinheiten:
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SI-Einheit
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Wert in Bodennähe
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Bedeutung
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kg/(ms2) = Pa
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101325
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Antrieb für die Luftbewegung
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kg/m3
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1,2
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Masse, Trägheit
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K
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288,15
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Wärmeenergie
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verschieden
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variabel
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Wolken, Niederschlag, Energie
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m/s
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0 - 20
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Impuls der Luft
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kg/(ms²)
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sehr variabel
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Reibung
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W/m2
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0 - 1000
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Wärmequelle
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Größenskala
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Dimension
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typisches Wetter
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Makro-Skala |
> 2.000 km |
> 2 Tage |
lange Wellen, große Zyklonen, ausgedehnte Antizyklonen
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Meso-Skala alpha |
200 - 2.000 km |
6 h - 2 Tage |
Jetstream, kleine Wirbelstürme, schwache Antizyklone |
Meso-Skala beta |
20 - 200 km |
30 Min. - 6 h |
lokale Winde, Bergwind, Land-/Seewind, große Gewitter |
Meso-Skala gamma |
2 - 20 km |
3 - 30 Min. |
Gewitter, große Cumuluswolken |
Mikro-Skala |
< 2 km |
< 3 Min. |
Tornados, Cumulus-Wolken, Mikroturbulenz.
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Aber nun keine Sorge.
Diese ganzen Bezeichnungen, Basisgrößen und Formeln muß nun nicht jeder, der das Fliegen lernen will, auswendig dahersagen können. Wichtig ist insoweit nur, daß man weiß, worum es sich geht, wenn irgendwo eine derartige Bezeichnung auftaucht
- oder zumindest weiß, wo es steht und wo man daher nachschlagen kann.
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