Wetterkarten

Eine Wetterkarte ist im Grunde eine Landkarte, welche die Wetterverhältnisse über ein geografisches Gebiet zu einer bestimmten Zeit darstellt. Der Zeitpunkt kann die aktuelle Zeit der Kartenerstellung sein, in der Vergangenheit oder als Wetterprognose in der Zukunft liegen.

In der Meteorologie versteht man darunter insbesondere die Darstellung des aktuellen Zustands der Luftdruckverhältnisse über einem größeren Gebiet. Aus einer solchen Wetterkarte lassen sich dann Aussagen über Windgeschwindigkeit und Windrichtung entnehmen oder mögliche Wettergefahren frühzeitig erkennen. Sie ermöglicht so auch eine Vorhersage des kommenden Wetters und kann dadurch im Alltag sinnvoll verwendet werden. Eine Wetterkarte ist somit eine geographische Karte, in die nach dem Stationsmodell in symbolhafter Form Wetterbeobachtungen bzw. die davon abgeleiteten meteorologischen Felder und synoptischen Wettersysteme eingezeichnet sind. Zu unterscheiden sind

• Bodenwetterkarten und
• Höhenwetterkarten.

Auf die Erstellung von Wetterkarten wurde bereits im Kapitel Stationsmodell eingegangen.

Eine vollständige synoptische Wetterkarte zeigt also sowohl die Ausgangslage als auch das Ergebnis der Wetteranalyse. Dabei ist die Bodenwetterkarte die ursprüngliche Form der Wetterkarte. In sie werden die synoptischen Wettermeldungen der Wetterstationen eingetragen und ausgewertet. Dazu gehören außer den örtlichen Messungen der meteorologischen Elemente auch Beobachtungen von Wolken, Niederschlag und anderen Wettererscheinungen, die nicht an den Boden gebunden sind. Höhenwetterkarten sind schon seit den 1930er Jahren in Gebrauch, sind aber außerhalb meteorologisch interessierter Kreise relativ wenig bekannt. Dabei ist offensichtlich, daß sich nicht nur der Flugverkehr, sondern alle wichtigen Wettervorgänge im dreidimensionalen Raum abspielen. Abgesehen von speziell aufbereiteten Karten für die Flugberatung, beziehen sich die Höhenwetterkarten der Troposphäre auf 4 bis 6 Hauptdruckflächen (Druckflächen) in 1.500 bis 16.000 m Höhe. Ihre Topographien werden mit Isohypsen dargestellt. Höhenwetterkarten zeigen vor allem die herrschenden Höhenströmungen oder Temperaturströmungen, den thermischen Wind, mit den mäandrierenden Jetstreams, Wellen und Wirbeln, welche die wesentlichen Wettersysteme darstellen bzw. erzeugen und steuern.

In der Meteorologie werden verschiedene vertikale Koordinatensysteme, also Maßsysteme für die Höhe verwandt, je nachdem, welches für die darzustellende Fragestellung am besten geeignet ist. Neben dem karthesischen System (Meter über NN) und Systemen wie den "isentropen Koordinaten" (potentielle Temperatur einer Schicht als Höhenmaß) werden am häufigsten die sog. isobaren Koordinaten benutzt, also der Luftdruck. Wettervorgänge werden insfern bevorzugt danach beurteilt, in welcher Druckschicht oder Druckfläche sie ablaufen. Neben meßtechnischen Gründen wird dieses System vor allem deshalb bevorzugt, weil es implizit die Abnahme der Dichte mit der geographischen Höhe berücksichtigt, sodaß sie in den entsprechenden Berechnungen nicht mehr besonders berücksichtigt werden muß und diese sich dadurch wesentlich vereinfachen lassen.

Wetterkarten sind für die Wettervorhersage nach wie vor von besonderer Bedeutung, weil in ihnen die weltweit gesammelten meteorologische Daten zusammengefaßt und als Ist-Zustand zum Beobachtungszeitpunkt dargestellt oder unter Anwendung von Wettermodellen zu einer Vorhersage verarbeitet sind. Die Daten werden von Wetterstationen aufgezeichnet, welche dazu nach einem international einheitlichen Standard, dem Stationsmodell, vorgehen. So bezeichnet jedes Symbol weltweit denselben Zustand. Mit globalen Wetterkarten können die Ausmaße von Luftdruckgebieten analysiert und die daraus resultierenden Ergebnisse den spezifischen Wetterlagen zugeordnet werden. Für die Wetterberichte in den Publikumsmedien werden zumeist nur vereinfachte Teilkarten erstellt, die ein bestimmtes Gebiet mit den für den Alltag wesentlichen Wetterdaten zeigen.

Die erste Wetterkarte wurde von dem Briten Sir Francis Galton entwickelt. Er gilt außerdem als der Entdecker der Hochdruckgebiete und konnte diese so in seine Karten einordnen. Die Ergebnisse seiner Studien veröffentlichte Galton 1863 in seinem Buch Meteorographica. 1875 wurde in der britischen Times erstmals eine Wetterkarte veröffentlicht. In Deutschland publizierte die Deutsche Seewetterwarte im folgenden Jahr die erste Wetterkarte. Auf ihr war Nord- und Zentraleuropa mit Temperaturen, Niederschlägen, Windstärken und Luftdrücken abgebildet. Schon früh wurde eine Fusion aus regionalen und weltweiten Daten angestrebt, um aktuelle Karten zu erstellen. Das scheiterte anfänglich aber an den langen Informationswegen und den fehlenden schnellen Kommunikationsmöglichkeiten. Eine tägliche deutsche Wetterkarte wurde erst 1876 durch die Wettermeldungen der Seewarte ermöglicht. Später übernahm der Deutsche Wetterdienst (DWD) die Erstellung und Analyse der Wetterkarten in Deutschland.

Mit dem Eintrag der Bodenwetterstationsmodelle alleine weiß man aber natürlich immer noch nicht, wo die Bodenfronten liegen oder wie die Druckverteilung aussieht. Mit dem Computer kann man basierend auf den Stationsmeldungen einen Isolinienplot für die Druckverteilung erzeugen, der auf den ersten Blick eine wertvolle Hilfe für die manuelle Analyse darstellt. Die Identifikation der exakte Lage der Fronten ist auch heute noch die Aufgabe des Meteorologen, denn aufgrund der vielen Besonderheiten sind Computeralgorithmen hier nach wie vor regelmäßig zum Scheitern verurteilt.

Isolinien

Isolinien sind Linien, die vor allem in Karten benachbarte Punkte gleicher Werte (z.B. Maße, Mengen oder Intensitäten) miteinander verbinden. Isolinien erleichtern die Interpretation von geophysikalischen, meteorologischen oder hydrologischen Daten in Karten, da benachbarte Isolinien bestimmte Werteintervalle umschließen, so daß stetige 2-dimensionale Felder entstehen.

Beim Einzeichnen von Isolinien in Karten, sind folgende Regeln zu beachten:

• Isolinien dürfen sich nicht schneiden.
• Isolinien dürfen sich nicht verzweigen oder gabeln, es sind einfache durchgehende Linien.
• Isolinien sind an ihrem Ende oder bei geschlossenen Linien in der Mitte zu beschriften.
• Isolinien dürfen nur Bereiche abdecken, für die entsprechende Werte vorliegen.

In der Meteorologie werden vor allem folgende Isolinien verwendet:

• Isobare
• Isotherme
• Isohypse
• Isotache
• Isallobare

Isobare Isobaren (griechisch: iso = gleich, baros = Druck) sind Isolinen gleichen Luftdrucks. Sie verbinden in Wetter- und Klimakarten Punkte bzw. Orte mit gleichem auf das Meeresniveau und mittlere Breite reduzierten Luftdruck. Mit Hilfe von Isobaren wird der Luftdruckverlauf auf Wetterkarten dargestellt. Dabei werden Orte gleichen Luftdrucks durch Linien verbunden. Die Isobaren sind in den kontinental-europäischen Wetterkarten in der Regel mit Abständen von 5 Hektopascal (hPa) eingezeichnet. Die Isobaren werden aus dem an der Erdoberfläche gemessenen Luftdruck rechnerisch ermittelt. Hierzu wird der gemessene Druck unter Berücksichtigung der totsächlichen atmosphärischen Verhältnisse (nicht ICAO-Standard) auf Meereshöhe (MSL) herunter gerechnet. Die Punkte gleichen Drucks in MSL werden dann zu Isobaren verbunden. Isobaren auf Bodenwetterkarten bilden folglich das jeweilige QFF ab und dürfen nicht für Höhenmessereinstellungen als QNH verwendet werden. Isobaren ermöglichen das Erkennen von Hoch- und Tiefdruckgebieten. Das Hochdruckgebiet erkennt man daran, daß es von Isobaren umgeben ist, die nach allen Seiten tieferen Luftdruck anzeigen. Die das Tiefdruckgebiet umgebenden Isobaren signalisieren dementsprechend steigenden Luftdruck nach allen Seiten. Die Abstände der Isobaren geben Auskunft über das herrschende Druckgefälle: geringe Isobarenabstände stehen für große Druckunterschiede und damit für ein turbulentes bzw. stürmisches Wettergeschehen, große Isobarenabstände repräsentieren geringe Druckunterschiede und damit für ein ruhiges Wettergeschehen mit wenig Wind. Die Isobarendrängung im grünen Oval der Abbildung rechts zeigt also ein starkes Druckgefälle mit entsprechend starkem Windfeld an. Der Wind weht dabei stets annähernd isobarenparallel.

Isotherme

Isothermen sind Isolinen gleicher Lufttemperatur.
In der Meteorologie werden Isotherme verwendet, um auf den meteorologischen Wetterkarten die Gebiete zu kennzeichnen, in denen die gleiche Temperatur herrscht. Der Abstand der Isothermen gibt einen Hinweis auf den Umfang des Temperaturgefälles in einem Gebiet. Dieser aus der Anordnung benachbarter Isothermen ableitbare Temperaturgradient ist ein wichtiges Element bei der Wettervorhersage.

Isohypse

Isohypsen sind Linien gleicher geopotenzieller Höhe bzw. gleicher Höhe einer Druckfläche.
Sie verbinden alle Orte mit gleicher Höhe über NN, eingezeichnet im Abstand von jeweils 4 zu 4 Dekametern als Linien gleicher Höhe der Druckfläche. Die geopotentielle Höhe (Geopotential) hat ebenfalls das Meeresniveau als Bezugsniveau. Sie zeigen in Höhenwetterkarten die Höhe der Druckfläche an. Isohypsen sind sozusagen die Umkehrung der Isobaren. Während Isobaren den Druck bei gleicher geographischer Höhe repräsentieren, kennzeichnen Isohypsen die geographische Höhe bei gleichem Druck, also z.B. 500 hPa. Hoher Druck macht sich dort durch eine “Ausbeulung” in der Druckfläche bemerkbar, niedriger Druck durch eine “Delle”.

Isotache

Als Isotache bezeichnet man eine Linie gleicher Geschwindigkeit.
In der Meteorologie sind dies Linien gleicher Windgeschwindigkeit auf einer Wetterkarte.

Isallobare

Linien gleicher Luftdrucktendenz werden als Isallobaren bezeichnet.
Anhand der Luftdrucktendenz kann die kurzfristige Entwicklung von Zyklonen oftmals gut abgeschätzt werden. Tatsächlich ist es weniger der Luftdruck als seine Änderungen, welche das Wetter prägen. Daher wird außer dem Luftdruck (Hochdruck- und Tiefdruckgebiete) auch die Luftdrucktendenz der Wetterprognose zugrunde gelegt. Dem liegt die Vorstellung zugrunde, daß an einem Ort der Luftdruck fällt, wenn eine warme Luftsäule (geringere Dichte) über ihn hinwegzieht, und steigt, wenn die warme Luft durch kalte ersetzt wird.

Isobaren und ihre Darstellung in der Wetterkarte

Reduktion des Luftdrucks (Schema)

Was Isobaren sind, ist oben, wie sie zustande kommen, ist im Kapitel "Druckmessung" dargestellt.

Zur Wetterbeobachtung und -vorhersage werden u.a. die zur gleichen Zeit gemessenen und auf Meeresspiegel reduzierten Luftdruckwerte (QFF) in eine Karte eingetragen. Erst diese reduzierten Werte können für die Wetterbeobachtung und -vorhersage und dazu in Wetterkarten weiter verwendet werden.

Die Schemazeichnung links zeigt die Übertragung der durch Reduktion ermittelten Druckwerte auf ein Kartenblatt. Der Einfachheit halber wurde zur Reduktion  ein Wert von 10 hPa pro 100 m Höhe über MSL angenommen (vgl. barometrische Höhenstufe), um das Prinzip deutlicher zu machen.

Werden in die Karte also die auf die Höhe des Meeresspiegels bezogenen Druckwerte eingetragen, entsteht eine Bodenwetterkarte. Die meisten in Zeitungen oder im Fernsehen veröffentlichten Wetterkarten sind solche Bodenwetterkarten oder Bodendruckkarten, wie z.B. auch die Karte rechts unten.

In einem 2. Schritt werden dann die Orte gleichen Luftdrucks durch Linien gleichen Luftdrucks, die Isobaren, miteinander verbunden. Die Isobaren werden im allgemeinen im Abstand von 5 hPa eingezeichnet, in England, USA, Kanada und anderen angelsächsisch geprägten Staaten mit Abständen von 4 hPa. In der so erstellten Karte werden die Gebiete mit relativ hohem Luftdruck, die Hochdruckgebiete (Hoch) von den Gebieten mit relativ tiefem Luftdruck, den Tiefdruckgebieten (Tief), von den Isobaren gegeneinander abgegrenzt und auf diese Weise sichtbar gemacht.

So wird im Vergleich mit früher erstellten Karten deutlich, daß der Luftdruck sowohl zeitlich als auch räumlich unterschiedlich ist. Gerade im zeitlichen Ablauf wird sichtbar, wie sich unterschiedliche Druckgebiete über den Beobachtungsraum hinweg bewegen und sich dabei verändern. Zugleich zeigt die Karte, daß die Druckunterschiede in der Horizontalen nur gering sind und über viele hundert Kilometer nur wenige hPa betragen.

Die so hergestellten Luftdruckkarten werden deshalb nie gleich aussehen, da der Luftdruck über verschiedenen Gebieten naturgemäß unterschiedlich sein wird. Er unterliegt dabei besonders in den gemäßigten Breiten auch starken zeitlichen Schwankungen.

Die so ermittelten Luftdruckwerte erlauben nun Folgerungen über

• die Zugehörigkeit der gemessenen Luftmasse zu einem Hoch- oder einem Tiefdruckgebiet,
• die Schichtung der Luftmasse (stabil oder labil),
• die Bereitschaft der Luftmasse zu vertikalen Bewegungen (rasches Aufsteigen der unteren Luftschichten),
• den Druckausgleich zwischen großräumigen Luftmassen durch horizontale Bewegung.

Druckunterschiede führen grundsätzlich zu deren Ausgleich.

Dies macht ein simples Beispiel klar:
Durch das Loch im Fahrradreifen entweicht die Luft bis ein Ausgleich des Drucks im Reifen mit der Umgebung hergestellt ist. Ebenso führen Luftdruckunterschiede zwischen großräumigen Luftmassen zum Druckausgleich.

Zum Druckausgleich strömen also die Luftmassen höheren Drucks in die Region mit tieferem Luftdruck bis sich beide Systeme angeglichen haben, d.h. bis sich ein gleicher Luftdruck eingestellt hat. Der Druckausgleich erfolgt also durch horizontale Luftbewegung zwischen den Druckgebieten = horizontaler Wind. Im Unterschied zum kleinräumigen System des Fahrradreifens stellt sich aber ein Gleichgewichtszustand im großräumigen Wettermaßstab niemals vollständig ein.

Die Abbildung rechts zeigt eine typische Bodendruckkarte.

Eine animierte tagesaktuelle Bodendruckkarte gibt es hier:
http://www.thunerwetter.ch/luftdruck.html

Darstellung von Hoch- und Tiefdruckgebieten

Der Luftdruck ist nicht gleichmäßig über der Erde verteilt. Gebiete hohen Drucks wechseln sich mit Gebieten niedereren Drucks ab. Diese Unterschiede kommen durch die unterschiedlich starke Erwärmung der Luftmassen zustande. Wenn Luft erwärmt wird, dehnt sie sich aus. Dies hat zur Folge, daß der Druck mit steigender Höhe weniger stark abnimmt als in den weniger erwärmten Schichten. Es entsteht ein Hochdruck mitzunehmender Höhe.

Hierauf wird im Kapitel Druckgebiete näher eingegangen.

Dadurch baut sich ein Druckunterschied zwischen der erwärmten Luft und der anschließenden Luft auf. Solche Druckunterschiede führen grundsätzlich zu deren Ausgleich. Dies macht ein simples Beispiel klar: Durch das Loch im Fahrradreifen entweicht solange die Luft bis ein Ausgleich des höheren Drucks im Reifen mit dem niedereren Druck der Umgebung hergestellt ist. Ebenso führen Luftdruckunterschiede zwischen großräumigen Luftmassen zum Druckausgleich (= horizontaler Wind). Im Unterschied zum kleinräumigen System des Fahrradreifens stellt sich aber ein Gleichgewichtszustand im großräumigen Wettermaßstab niemals vollständig ein. Dieser Unterschied (Luftdruckgradient) setzt eine ausgleichende Luftströmung vom hohen Druck zum tiefen Druck in Gang. So entsteht der Wind.

Die Stärke der Luftströmung, d.h. des Windes, hängt von der Größe des Druckunterschieds ab. Der Luftdruck hat also fundamentale Bedeutung für das Wettergeschehen. Von seiner Verteilung hängen nicht nur die Luftbewegungen (Wind) ab. Er ist ebenso für die Wärmeverteilung, die Feuchte, die Bewölkung, den Niederschlag und die Verdunstung von großer Bedeutung.

Ein Gebiet geringen Luftdrucks heißt barometrisches Tief (in der Karte mit T gekennzeichnet), ein Gebiet hohen Luftdrucks barometrisches Hoch (in der Karte mit H markiert).

Als bisher tiefster Luftdruck ist der bei einem Taifun am 13. September 1961 gemessene Wert von 885 hPa bekannt, als höchster ein Wert von 1080 hPa im Bereich eines sibirischen Hochs.

Weitere Einzelheiten zu den Druckgebieten sind im Kapitel Druckgebiete, zum Hochdruckgebiet im Kapitel Hoch und zum Tiefdruckgebiet im Kapitel Tief dargestellt.

schematischer Vergleich von Isobaren und Höhenlinien Isobarenkarte

Bei der Betrachtung der Bodendruckkarte rechts oben fällt auf, daß die Darstellung der Isobaren der Darstellung von Höhenlinien in topographischen Karten ähnelt. In der schematischen Darstellung links sind zur Erklärung ganz oben die Höhen und die zugehörigen Höhenwerte in der Seitenansicht eingetragen. Darunter sind diese Höhenlinien in der Draufsicht dargestellt. Weit auseinander liegende Höhenlinien zeigen einen flach, eng beieinander liegende Höhenlinien einen steilen Hangverlauf an. Dies ist dann das gewohnte Bild, wie wir es beispielsweise von Wanderkarten her kennen. Als Beispiel ist rechts ein Ausschnitt aus einer gewöhnlichen topographischen Karte abgebildet. Links ist dann im unteren Bildpaar wieder das Bild der Höhenlinien in der Draufsicht, diesmal im direkten Vergleich mit einer schematischen Bodendruckkarte zu sehen. Daraus wird nun klar, daß man sich die Isobaren wie die Höhenlinien der topographischen Karten vorstellen kann. Eng beieinander liegende Isobaren zeigen so auf kurze Distanz starke Druckunterschiede an. Liegen die Isobaren weit auseinander, ist auch der Druckverlauf entsprechend flach. Auch die Druckkarte könnte somit als Seitenansicht dargestellt werden, wobei dann eine "Landschaft" wie in der sichtbaren Natur entstünde. Die Hochdruckgebiete wären darin als Berge, die Gebiete mit tiefem Druck als Niederungen zu erkennen. Die Verbindung von Hochdruckgebieten sähe dann aus wie ein Höhenrücken, die von Tiefdruckgebieten wie Täler oder Rinnen. Die Erhebungen (genannt Rücken) sind die im Mittel warmen Hochdruckgebiete, die Täler (genannt Tröge) die im Mittel kalten Tiefdruckgebiete. Wie die Isobarenkarte links auch zeigt, bezeichnet man seitliche Ausbuchtungen der Tiefdruckgebiete als (Tief-)Ausläufer und die der Hochdruckgebiete als Hochdruckkeile oder Hochdruckrücken. Die Verbindung zwischen zwei Hochdruckgebieten wird als Hochdruckbrücke, die Verbindung zwischen zwei Tiefdruckgebieten als Tiefdruckrinne bezeichnet. Aus der Vogelperspektive würden die Druckgebiete wie eine sanft gewellte Landschaft aussehen. Einen Eindruck davon zeigt rechts die Reliefdarstellung der topographischen Karte darüber.

Merkmale der Wetterkarte

Neben den Isobaren können weitere Wettererscheinungen in der Karte dargestellt werden. Dies können Kaltfronten, Warmfronten und Okklusionen sowie Niederschläge sein:

• Warmfronten werden mit einer Linie aus roten Halbkreisen eingezeichnet.
  Sie führen zu starker Bewölkung und können länger anhaltenden Landregen bringen. Die Temperatur steigt langsam etwas an.
• Kaltfronten werden mit einer Linie aus blauen Dreiecken dargestellt.
  Das Wetter bleibt beim Durchzug einer Kaltfront unbeständig und es treten häufig Schauer und Gewitter auf. Die Temperatur sinkt dabei ab.
• Okklusionen werden mit violetten Halbkreisen neben Dreiecken eingezeichnet.
  Eine Okklusion wird auch als Mischfront bezeichnet. Sie entsteht, wenn die schnellere Kaltfront die langsamere Warmfront erreicht und sie sich mit ihr verbindet. Das Wetter bleibt innerhalb einer Okklusion unbeständig und regnerisch.

Eine schwarze gestrichelte Linie kennzeichnet eine Troglinie oder Konvergenz.

Im Falle von Niederschlägen wird zwischen Regen, Schnee und Nebelgebieten unterschieden. Die in medialen Wetterkarten eingesetzten Wettersymbole sind meist selbsterklärend. Sie zeigen aktuelle Phänomene, wie Bewölkung und warnen im Bedarfsfall vor Wettergefahren, wie Sturm, Eis oder Schnee. Dargestellt werden diese Erscheinungen oft auch durch farbige Flächen:

• Hellgrün schraffiert oder gepunktetes Feld = Regen
• Dunkelgrün schraffiert oder Sternchenfeld = Schnee
• Gelb schraffiert oder gestricheltes Feld = Nebel.

Genauere Wetterkarten enthalten darüber hinaus noch weitere Informationen zum Wettergeschehen. Es werden z.B. zusätzlich auch noch Angaben zu Temperatur, Wind, Windrichtung, Luftdruckveränderung, Niederschlag, Wolkenart, Wolkenuntergrenze, Taupunkt und dem gegenwärtigen Wetter dargestellt. Dazu werden diese Daten mit dem Stationsmodell in die Wetterkarte mit eingefügt. Die Position des Stationsmodells auf der Wetterkarte markiert dabei die geographische Position der Wetterwarte. Dies zeigt die Bodenwetterkarte ganz oben rechts. Allerdings werden nur die wichtigsten Stationen mit ihren Daten in die Karte aufgenommen. Ansonsten wäre die Karte viel zu überladen mit Wetterdaten, so daß Details nicht mehr zu erkennen wären.

Abstand der 5 hPa-Isobaren

Windstärke

600 km

Leichte Brise - Beaufortskala 2 (Bft)

500 km

Mäßige Brise (Bft 4)

400 km

Frische Brise (Bft 5)

300 km

Starker Wind (Bft 6)

200 km

Steifer Wind (Bft 7)

100 km

Sturm (Bft 9)