Grundelemente

 

 

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Die meteorologischen Grundelemente

 

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.

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.

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:

 

Basisgröße
Name
Symbol
Länge
Meter
m
Masse
Kilogramm
kg
Zeit
Sekunde
s
el. Stromstärke
Ampere
A
Temperatur
Kelvin
K
Stoffmenge
Mol
mol
Lichtstärke
Candela
cd
abgeleitete SI-Einheit
Name
Symbol
Fläche
Volumen
Quadratmeter
Kubikmeter
m2
m3
Frequenz
Hertz
Hz = s-1
Kraft (= Masse x Beschleunigung)
Newton
N = kg ms-2
Druck (= Kraft / Fläche)
Pascal
Pa = N m-2 = kg m-1s-2
Energie (= Arbeit = Kraft x Weg)
Joule
J = N m = kg m2s-2
Leistung (Energie / Zeit)
Watt
W = Js-1 = kg m2 s-3
elektr. Spannung
Volt
V = WA-1 = kg m2 s-3 A-1

 

Und dann noch einige meteorologische Grundeinheiten:

Element

Symbol

SI-Einheit
Wert in Bodennähe
Bedeutung

Luftdruck

p

kg/(ms2) = Pa
101325
Antrieb für die Luftbewegung

Luftdichte

r

kg/m3
1,2
Masse, Trägheit

Lufttemperatur

T

K
288,15
Wärmeenergie

Luftfeuchte

verschieden

verschieden
variabel
Wolken, Niederschlag, Energie

Windgeschwindigkeit

m/s
0 - 20
Impuls der Luft

Schubspannungstensor

t

kg/(ms²)
sehr variabel
Reibung

Strahlungsflußdichte

F

W/m2
0 - 1000
Wärmequelle

 

Größenskala

Dimension

typisches Wetter

Makro-Skala > 2.000 km > 2 Tage

lange Wellen, große Zyklonen, ausgedehnte Antizyklonen

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.

 

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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