Sonntag, 28. März 2010

Temperaturinformationen in den Profiwetterkarten Kapitel 2

Hallo,

nachdem wir uns in Teil 1 mit den Grundzügen der Bodendruck und Höhengeopotentialkarten beschäftigt haben, folgt heute nun ein Grundsatzposting über die Temperatur in der Troposphäre...  folgende Gleichungen müssen dazu erläutert werden.

barometrische Höhenformel
(geostrophische) Windgleichung
thermische Windgleichung
potentielle Temperatur

Über die ideale Gasgleichung, an die sich die Atmosphärengase in wunderbarer Art und Weise halten, ist es klar, dass Druck, Dichte und Temperatur eines Gases miteinander in einer fixen Beziehung stehen Druck = Dichte*Gaskonstante für Luft*Temperatur.

Die barometrische Höheformel sagt uns etwas darüber aus, wie schnell der Druck mit der Höhe in Abhängigkeit von der Temperatur der Atmosphäre abnimmt. Man kann das so zusammenfassen. In Kaltluft nimmt der Druck mit der Höhe schneller ab als in Warmluft. Da wir auf den Wetterkarten in Druckkoordinaten denken, müssen wir die Betrachtung etwas umstellen, in der Form: Die Veränderung des Geopotentials mit dem Druck ist ein Maß für die Temperatur der Atmosphäre. Geringe Änderung: Warmluft, rasche Änderung: Kaltluft.

Die potentielle Temperatur ist in der Synoptik eine sehr wichtige Größe.  Sie kommt aus der Annahme, dass die Vorgänge unter Beibehaltung der Entropie ablaufen. (etwas unsauberer formuliert, aber verständlicher: adiabatisch. Adiabatisch heißt ohne Wärmeübergänge von außen) .

Angenommen ein Luftpaket hat in 700 hPa (etwa 3100m Höhe) eine Temperatur von 0 Grad und sinkt isentrop auf Meeresniveau ab. Wir wissen aus den Vorpostings, dass die Temperaturzunahme hierbei 9,8 K pro km Absinken entspricht, also erreicht es auf Meeresniveau eine Temperatur von 31 Grad. Die potentielle Temperatur ist aber dabei erhalten geblieben, also oben und unten gleich hoch.  Aus Kenntnis der potentiellen Temperatur hat man eine Information über die Energie der Lage und der inneren Energie es Luftpaketes. Betrachtet man zu Beispiel föhniges Absinken und am Talboden eine potentielle Temperatur von sagen wir 24 Grad, dann kann man feststellen, aus welcher Höhe die Luft heruntergekommen ist, in dem man z.B anhand einer Radiosonde überprüft, in welcher Höhe stromaufwärts die Luft eben auch 24 K potentielle Temperatur hat.

Die Formel für die pot. Temperatur Theta = T * (p0/p)**(R/cp) . Alle Angaben sind hierbei in Kelvin bzw. Pascal, p ist der akt. Luftdruck, p0 ein Referenzdruck (1000 hPa). Der Bruch der Konstanten R und cp nimmt ziemlich genau den Wert von 2/7 an.

Die thermische Windgleichung ist wiederum eine Kombination aus all dem gesagten.

Wir wissen, der geostrophische Wind hängt (in Druckkoordinaten gesprochen) nur von 2 Dingen ab. Der geogr. Breite und dem Geopotentialgradienten auf einer Druckfläche. (das ist analog einem Druckgradienten auf einer Geopotentialfläche, sprich Höhe=konst). Je enger die Isohypsen (Linien gleichen Geopotential) zusammen liegen, desto stärker der resultierende Wind(vektor).

Beim thermischen Wind sieht man sich nun die Veränderung des Windes mit der Höhe an (bzw. mit dem Druck) und kommt drauf, dass sich der Wind mit der Höhe nur bei vorliegen eines Temperaturgradienten ändert !! Interpretiert auf Windrichtungen heißt das (stark verkürzt): Dreht der Wind mit der Höhe nach rechts, so wird insgesamt wärmere Luft heran transportiert: Beispiel: Am Boden weht der Wind aus Süden, in 500 hPa aus Westen: Warmluftadvektion.

Dreht der Wind mit der Höhe nach links, wird kältere Luft heran transportiert. Beispiel: Am Boden weht der Wind aus Osten, in der Höhe aus Norden: Kaltluftadvektion.

Mit diesem Wissen kann man nun auf einer 500-Bodenkarte sehr schnell Gebiete mit Warmluft- und Kaltluftadvektion ausfindig machen, mit folgender Vorgangsweise:  Führen die Bodenisobaren aus tiefem Geopotential heraus: Kaltluftadvektion. Führen die Bodenisobaren in tiefes Geopotential hinein: Warmluftadvektion. Damit kann man sehr schnell feststellen, wo und ob es wärmer oder kälter wird.


Hier ein Beispiel. Blau umrandete gebiete sind Gebiete wo eis Kaltluftadvektion gibt, der Wind dreht mit der Höhe nach links (unter der Annahme dass die Windpfeile parallel zu Isobaren und Isohypsen liegen). In Rot umrandeten Gebieten herrscht WLA, der Wind dreht mit der Höhe nach rechts.


Wie warm/kalt es absolut wird, ist eine andere Frage. Dazu können wir mehrere Dinge verwenden. Zum einen führen die Modelle natürlich die Simulation der Temperatur am Modellboden als eigenen Parameter mit, meist als Temperatur in 2m Höhe über dem Grund. Das kann man natürlich abschreiben und manschmal gründlich damit einfahren.

Hier die Modellprognose für die Höchstwerte am Di.


Anders, und so mach ichs, ist es diese Bodentemperaturinformation nur als Hilfsfeld zu verwenden, und mehr mit Höheninformationen zu arbeiten, der Temperatur in 850 hPa zum Beispiel. Diese Druckfläche befindet sich um die 1500m über Meeresniveau. Eine zum obigen Bild passende 850-er T Karte sieht so aus:



Wenn man den Wert kennt, sagen wir er beträgt über Linz 5 Grad, kann man weiter denken.

Ist es recht windig, ist die Luft recht gut durchmischt und die Wahrscheinlichkeit dass die 5 Grad isentrop runtergemischt werden ist recht hoch. Ist es noch dazu sonnig (tagsüber), dann erst recht.

Soll heissen, dann kann man trockenisentrop runtergehen, und zwar 9,8 Grad pro Kilometer. Im Fall von 1200m Höhenunterschied also 12 Grad dazu, macht 17. Bei viel Sonne noch 2 Grad Strahlungsbonus dazu, voilà, macht 19 Grad Höchsttemperatur.

Ist es aber Winter, nebelig, windschwach, so  wird der Temperaturgradient geringer sei, im Extremfall verschwinden oder sich umkehren, sodass nur minus 2 oder 0 Grad Höchsttemperatur herauskommen.

Die Vorgangsweise ist erfolgsversprechend, nur muss man sich einiges an Erfahrung zulegen, um diese Stabilitätsüberlegungen anstellen zu können.

Vorhersagetipp: 850-er Temperaturen häufig mit den Höchst- und Tiefstwerten vergleichen, dazu Wolkenbedeckung, Windgeschwindigkeit und Windrichtung mit betrachten um so abhängig von der Jahreszeit ein Gefühl für zu- und Abschläge zu bekommen.

Generell sind die Zuschläge im Frühjahr und Sommer deutlich Höher als im Herbst und Winter. Sehe ich im Frühjahr die 15 Grad in 850 an einem sonnigen Tag, so fällt die 30 Grad-Marke in Wien....

Ein paar generelle Hinweise: (Winter): bei Bodenwindrichtungen aus dem Sektor Südost, Ost bis rauf nach Nord ist in Österreich tendenziell mit stabileren Verhältnissen zu rechnen, bei bewölktem und sonnigem Wetter gleichermassen, vorbehaltlich von Föhneffekten. Südwest, West bis Nordwest ist die Luft meist etwas labiler, die Höhenluft kann sich eher runtermischen.

Im Frühjahr und Sommer ist es mehr eine Frage der Bewölkung als der Windrichtung... je weniger Bewölkung, desto größer die Wahrscheinlichkeit, dass es durchmischt und so die 850 hPa Temperatur ein sehr guter Indikator für die Höchsttemperatur ist.

Das sind wie gesagt nur pauschale Regeln, wer als Interessierter wirklich gscheiter als die Stimmen in Fernsehen und Radio werden will, muss üben, üben, üben, schauen, vergleichen, wieder schauen, wieder vergleichen etc.

Auf Wettervorhersageportalen findet man meist (so es ein gutes Portal ist) postprozessierte Modelldaten für z.B die Temperaturprognose. Die Billigsdorferportale nehmen direkte Modelldaten. Postprozessiert heisst, dass z.B mit MOS Methoden statistische Korrekturen auf Basis systematischer Modellfehler gemacht werden. Dh, von diesen Werten kann man sich gut leiten lassen und auch so versuchen nachzuvollziehen anhand der Modellfelder, warum auf sagen wir www.wetter.tv für übermorgen in Blunzenkirchen 17 Grad angesagt werden.


Sidenote: Nebenan startet im Albert Park gerade der Grad Prix von Melbourne, der Lärm ist ohrenbetäubend, es stinkt, eine Zumutung. Die AirForce demonstriert mit ihren Geräten, dass man für einen etwaigen Krieg gut gewappnet ist und die QANTAS hat soeben einen ihrer A380 im Tiefflug über den Racecourse geschickt. Auch nicht grad billig... Leider Gottes hat es soeben ein bissl zu regnen begonnen ....


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Lg

Manfred

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