Mittwoch, 4. September 2013

Trog und Keil: Mathe, dein täglich Brot...

Hallo und einen schönen langweiligen Septembertag in die alte Heimat..

Es ist ja immer ein bisschen eine Gratwanderung, wenn man versucht, in etwas nicht so ganz an der Oberfläche kratzender Art über das Wetter zu schreiben.

Einserseits erfüllt ja der Blog nicht den Selbstzweck, dass ich mir selbst beweisen muss wie toll und gscheit ich nicht doch bin, sondern eher den, der geneigten Leserin etwas von meiner Leidenschaft - (das Wetter betreffend, natürlich) zu vermitteln. Mit 10.000 Formeln (was manchmal angebracht wäre) kann man das wohl kaum tun.

Andererseits ist es für mich schon auch ein bisschen eine Mission zu zeigen, dass die Geschichte- und damit meine ich hauptsächlich synoptische, also zusammenschauende und schlussendlich vorhersagende Meteorologie - auch nicht easy-peasy ist und die landläufige Meinung, dass die Großmutter das Wetter besser vorhersagen kann als der Wetterfuzzi im Fernsehen, Radio oder im Blog, meistens - in der Nachbetrachtung - falsch ist.

Als eine der Naturwissenschaften, die in einer Liga mit Physik spielt, ist die Sprache der Meteorologie in Wahrheit schon eine der Formeln und Zahlen, denn die Atmosphäre hält sich an Gesetze der Thermodynamik (das Verhalten von Gasen wie Luft wird damit beschrieben) sowie der Kinetik (Massen sind in Bewegung). Das Urprinzip der meisten Vorgänge beim Wetter ist das Streben nach dem Ausgleich, und dieser Ausgleich kann genau so - wie die Work-Life-Balance - solange die Sonne noch funktioniert, die Erde sich dreht- nie vollkommen erreicht.

Ausgleich heißt das Überwinden von Barrieren und die Begradigung von Differenzen. Diese Differenzen sind der Antieb und na no na net sind alle Formeln, die Differenzen und nicht Absolutwerte als wesentlichen Antrieb haben, Differentialgleichungen, die man - will man sich über das offensichtliche über die im Internet weit verbreiteten Wetterkarten stellen und nicht ihr Sklave werden - auch in ihrem Wesen inhalieren muss. Deswegen - und nur allein deswegen - ist es, um etwas von der Wetterdynamik in der Tiefe zu vermitteln,auch notwendig, sich der Sprache der Physik zu bedienen, so auch in diesem Blog, nicht aber mit dem Zweck sich als besonders obergscheit zu brüsten.

Das Schöne ist es dann, dass - wenn man sich vielleicht als Leserin mal ein kleines Stück weit darauf eingelassen hat - sich einem in den Bildern und Zeichen vielleicht mehr auftut als so manchem anderen Wetterindividiuum, das vielleicht eher schon dem Trott des Wetteralltags verfallen ist.

Langer Einleitung kurzer Sinn... Visualsieren wir uns Tröge und Keile und schauen wir , was sie uns antun.

Heute zeigt uns Meteosat Wunderschönes:



.. prägnant ist eine elendslange Wolkengirlande vor den Britischen Inseln und eine Wolkenspirale über Osteuropa. Dazwischen tut sich abgesehen von ein paar Wolkenbändern nicht viel.


Schauen wir uns das selbe Bild in Farbe sowie mit der Form der Höhenströmung in 500 hPa versehen an:


Eingezeichnet habe ich hier Trog- und Keilachsen. Bevor wir die in Zusammenhang mit den Wolkenbändern interpretieren, eine Definition:

Eine Trogachse ist eine Linie mit der lokal maximalen Krümmung/Scherung der Höhenströmung, die Keilachse das exakte Gegenteil. Maximale Krümmung heißt maximale Rotation, auf Deutsch: Drehung von Luftelementen.

Nicht jede Drehung erschließt sich dem Auge so schnell wie die obigen... Neben Drehung durch Krümmung gibt es auch und jetzt gerade jetzt zunehmend Drehung durch Scherung. Nochmals, was ist Scherung ?. Beispiel: Kuli auf die Handfläche legen, andere Hand oben drauf und nach diese nach vorne schieben. Oh Wunder, der Kuli dreht sich.... Scherungsrotation :)


Zum Bild. Man sieht, dass die meisten Wolkenbänder mit den grünen Trogachsen in Verbindung zu stehen scheinen, und zwar sind sie diesen in Strömungsrichtung gesehen vorgelagert. Ausgeprügte, längliche Wolkenbänder, also z.B Kaltfronten, wie jene vor GB liegen an der Vorderseite von Trögen, wie wir Mets sagen.

Das hat seine Berechtigung und ist, wenn man sich die vereinfachten Gleichungen, die Bewegungen auf der Erde beschreiben, mehr als nur Zufall. Das Urprinzip hinter dem Konnex ist, dass die Luft ihren Impuls, also ihren Drall beibehalten möchte, das trifft auf den horizontalen Impuls wie auf den Drehimpuls zu.

Jetzt kann man sich vorstellen - und lasst uns mal aktzeptieren, dass die gelben Isolinien auf obigem Bild sozusagen die Schienen des Atmo-Railjets sind, dass es der Luft also eigentlich widerstrebt, zusätzliche Drehung aufgrund des Durchströmens eines Troges/Keiles mitzumachen.

Die einzige Lösung, hier in Balance zu bleiben, ist es, wie der piruettendrehende Eiskunstläufer - sich horizontal zu strecken und vertikal zu verflachen bzw. horizontal zusammenzuziehen und vertikal zu strecken um die Eigendrehung zu reduzieren(zu erhöhen , damit in Summe mit der aufgezwungenen Drehung durch die Krümmung der Bahn es bei einem 0-Summenspiel bleibt.

... Das Ganze natürlich vertikal differentiell und unter Annahme einiger sinnvoller Prämissen führt zur vereinfachten Faustregel, das vor einer Trogachse die Luft aufsteigt, sich also Wolken bilden, und vor einer Keilachse das ganze andersrum sein sollte.

Und das ist es auch, was wir beim Wetter bei uns in der Mehrzahl der Fälle sehen ...

Aber nicht immer - und deswegen braucht man auch bei der Analyse von Trögen und Keilen Computerunterstützung, erschließen sich die wetterrelevanten Krümmungen so offensichtlich wie auf obigem Bild, Scherungen kann das Auge schwer ausmachen und schon gar nicht gegen Krümmungen aufwiegen, weswegen sich z.B fette Warmfrontschirme direkt vor augenscheinlichen Keilachsen befinden können.


Viele Tröge und Keile finden ihren Niederschlag auch in der Trockenheit/Feuchte der Luft, wie das aktuelle Wasserdampfbild zeigt:


Schön zu sehen ist, wie vor allem über Trögen es der Stratosphäre gestattet wird uns zu ventilieren, am Hinterrand von markanten Fronten besteht of ein recht effektiver Austausch mit dem eindringen trockener Luft von ganz oben. Man kann hier ruhig auch von Dampf als einem Tracer, einem Markenzeichen wenn man möchte, sprechen...


Über die Vergangenheit ...


..die uns zeigt, wie der Alpenraum momentan noch an der Grenze zwischen einem dicken, über Osteuropa vorpreschenden Kaltluftkörper und einem aus Westen hereindrängenden, warmen Hoch über Westeuropa liegt, ist die Vorhersage für die nächsten Tage eigentlich eindeutig und keiner von uns braucht sich da für ein paar Tage Wetterberichte anzusehen.

Spätsommerliches Hochdruckwetter droht - und das in jeder Senke und auf jedem Gipfel. Gerade am Wochenende wird das wohl den meisten recht sein.

Lg !

Manfred

Kommentare:

  1. und wo waren jetzt die Formeln? ;-) wems nicht passt, der kann ja drüberlesen...

    aber mal im ernst ... wenn ich im stull ein kapitel durch hab, dann hab ich eine woche später erst wieder alles vergessen.
    merkst du dir wirklich alle effekte oder kommt das durch die ständige auseinandersetzung mit der materie?

    lg lukas

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    1. .. na ja ich hab sicher auch wieder vieles vergessen, was ich in den lehrbüchern einmal gelernt habe bzw. müsste um mir eine gewisse Sache wieder gewahr zu machen, selbst nochmal nachlesen. Andereseits bleiben die Dinge auf ewig hängen, die man einmal gelernt hat und dann durch Beobachtung mit einer realen Entwicklung in Zusammenhang bringen kann... dh. in den Momenten wo die Formeln auf WK oder Satbildern lebendig werden.... und ... immer wieder neu damit beschäftigen hilft sicher... lg M.

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  2. Bulimielernen ist hier der Kernbegriff.
    Geht mir genauso.
    Aber ich glaube, so geht es allen Studenten, die mit Mathe zu tun haben.
    LG

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Da kenntat ja jeder kumman ...! Dennoch ... Hier ist Platz dafür :) !