Clemens Simmer

Einführung in die Meteorologie (met210) - Teil VII: Synoptik

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VII Synoptische Meteorologie

Synoptik ist die Zusammenschau der Wettervorgänge in

Raum und Zeit mit dem Ziel der Wetteranalyse und

Wettervorhersage. Die Synoptik ist Teil der Angewandten

Meteorologie.

1. Allgemeines

- Definitionen

- Darstellungsweisen

- dreidimensionale Sicht – thermischer Wind

2. Synoptische Systeme mittlerer Breiten

- verschiedene Skalen

- Entstehung von Tief und Hochs

- Frontentheorien

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VII.1 Allgemeines zur Synoptik

• Definition und Grundlagen Definition

wissenschaftliche und technische Grundlagen

Geschichte

• Darstellung synoptischer Felder Bodenkarten

Höhenkarten

Stationsmodell

• Thermische Verknüpfung von Boden- und Höhenwetterkarten thermischer Wind

• Barotrope und barokline Felder

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VII.1.1 Definition und Grundlagen

• Synoptik: Zusammenschau der 4D-Verteilung der

meteorologischen Parameter mit dem Ziel der

Wetteranalyse und der Prognose.

• Wetteranalyse umfasst die 4D-Verteilung aller

meteorologischen Größen im Sinne einer

Prozessanalyse.

• Prognose erfordert

– quasi-Echtzeitverfügbarkeit globaler Daten in den nationalen

oder internationalen Vorhersagezentren

– meteorologischen (synoptischen) Sachverstand

– und/oder Prognosemodelle (Nutzung von Erkenntnissen der

theoretischen Meteorologie, Atmosphärenphysik und -chemie,

Hydrologie, …, numerische Mathematik und Informatik

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Synoptische Skala

• Auflösung von

Tiefdruckgebieten

(einschließlich Fronten)

und Hochdruckgebieten

• andere Größenordnungen

- U ~ 10 m/s

- T ~ h – d

• zwischen globaler Skala

und Mesoskala

• notwendiges

Beobachtungsnetz:

- < 50 km

- ~ 3 h

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Beobachtungssysteme

• in quasi-Echtzeit verfügbare klassische Messungen

• Klimamessnetze

• Fernerkundungsverfahren

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Beobachtungssysteme (1)

• per Global Telecommunication System (GTS) in quasi-

Echtzeit verfügbar

– synoptische Stationen (1 pro 40 km, Land und Volontary

Observing Ships, VOS)

• Druck, Temperatur und Feuchte in 2 m, Wind in 10 m Höhe

• Niederschlagsmessung (Ablesung nur 6 und 18 UTC)

• Maximum- (18 UTC) und Minimumtemperatur (6 UTC)

• Wolkenbeobachtungen und allgemeine Wetterbeobachtungen

• um 00, 03, 06, …UT global gleichzeitig

– aerologische Stationen (1 pro 200 km, vorw. Land,

Wetterschiffe)

• T(z), p(z), RH(z), ff(z), dd(z)

• um 00, 06, 12, 18 UT (viele auch nur 00)

– asynoptisch teilweise über GTS in Echtzeit verfügbar

• Flugzeugmessungen (T(z), p(z), Feuchte(z), …)

• Satellitenmessungen (indirekte Informationen über fast alle

Parameter mit unterschiedlicher Qualität)

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Aerologische Stationen (Radiosonden) Synoptische (Wetter-)Stationen

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Beobachtungssysteme (2)

• ca. 1 x pro Monat verfügbar, u.A. für Validierung

– Klimastationen (1 pro 20 km, Land und Voluntary Observing

Ships (VOS))

• alle meteorologischen Parameter ähnlich synoptische Stationen

• Beobachtungszeiten an Lokalzeiten orientiert

– Niederschlagsmessnetz (1 pro 10 km über Land)

• nur Tagessummen

• werden stark ausgedünnt

• zunehmend Ersatz durch in Echtzeit meldende zeitlich

hochauflösende Regenmesser, z.B. zur Eichung von

Radarniederschlägen

• Radarnetzwerke (alle 5 Minuten, quasi-Echtzeit) – Verknüpfung nationaler Netzwerke im Ausbau

– Eichung mit Regenmessern

– instantaner Fehler ca. 100%

– zunehmenden Nutzung für Prognose

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Karten

Klimastationen Niederschlagsstationen

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Radarnetzwerk DWD

Bonn

C-Band DWD- Radarverbund

- Horizontabtastungen alle 5 min

- Auflösung 1x1 km2

X-Band Radare Bonn und

Jülich

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Europäische

Wetter-

radarnetze

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Prognosemodelle

• In Europa derzeit noch vier nationale

Prognosemodellsysteme

– DWD et al./COSMO (GME, 50 km Aufl., COSMO-EU, 7km Aufl.,

COSMO-DE 2,8 km Aufl., >30 vertikale Schichten)

– MeteoFrance et al. (ALADIN)

– UK MetOffice et al. (UM)

– Schweden et al. (HIRLAM, kein Globalmodell)

• Europäisches Zentrum für Mittelfristige

Wettervorhersage (EZMW, ECMWF, Reading, UK)

– Finanziert von fast allen nationalen europäischen Wetterdiensten

– „Beschränkung“ auf Mittelfrist, Jahreszeitenvorhersage

– derzeit international bestes Vorhersagesystem für synoptische

Skala

– erstellt globale Reanalysen (z.B. ERA40), alternativ die US-

amerikanischen NCEP Reanalysen

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Bausteine der modernen Wettervorhersage

1. Online-Datensammlung

2. Datenassimilation -> aktueller Zustand der Atmosphäre Verschmelzen von Beobachtungen und „alter“ Vorhersage

Methoden

- Nudging

- 3-dimensionale variationelle Datenassimilation

- 4-dimensionale variationelle Datenassimilation

- Ensemble-basierte Datenassimilation

- …

3. Vorhersagelauf mit Modell - deterministische Vorhersage

- Ensemble-Vorhersage

4. Interpretation der Modellausgabe – Model Output Statistics (MOS)

Anfangswertproblem/Datenassimilation Der Anfangszustand der Atmosphäre ist durch

vorhandene Beobachtungen noch stark

unterbestimmt:

Es werden ~107 Modellwerte benötigt, doch sind

nur ~105 irregulär verteilte Messwerte

vorhanden.

Bodenstationen

Satellitenprofile

Lösung: Verwendung eines vorhergesagten

Modellszustandes als Zusatzinformation

(sogenanntes Hintergrundfeld), in das die

Messwerte assimiliert werden

Modellauf

Beo.

Assim.

Beo.

Modellauf Assim.

Modellauf

Zeit

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Historische Entwicklung

1833 Erfindung der Telegraphie

1842 erste aktuelle synoptische Karte aus per Telegraph übermittelten Messungen (USA)

1849 erste aktuelle Zeitungswetterkarte (UK)

1854 erster deutscher meteorologischer Dienst (Einrichtung nach Schiffskatastrophe durch Wettereinwirkungen)

1873 International Meteorological Organisation (IMO, heute World Meteorological Organisation, WMO)

1877 Internationale Vereinbarungen über globale Wetterdatenübermittlung

1922 Richardson macht die erste numerische Wettervorhersage für 6 Stunden (braucht dazu Monate)

1922 Polarfronttheorie von Bjerknes und Solberg

1950 erster brauchbarer Computer

1950 erste brauchbare numerische Wettervorhersage (Charney, Fjortoft, v. Neuman auf ENIAC)

1954 Erste operationelle numerische Wettervorhersage durch Rossby (Schweden)

1960 erster meteorologischer Satellit

Übungen zu VII.1.1

1. Verfasse auf einer Seite eine Beschreibung der vier

Stufen der modernen Wettervorhersage. Verwende dabei

alle Begriffe die auf der Folie „Bausteine der moderen

Wettervorhersage aufgeführt sind.

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