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Synoptische Meteorologie

Die synoptische Meteorologie oder kurz Synoptik (griech.: syn = zusammen, opt = sehen; Synopse = Gesamtschau, Zusammenschau), ist ein Teilgebiet der Meteorologie, das sich mit der Beobachtung und Untersuchung des Wetters und seinen Änderungen, mit dessen Darstellung und Vorhersage beschäftigt. Sie betrachtet die meso- und großskaligen Wettervorgänge in Raum und Zeit mit dem Ziel der Wetteranalyse und Wettervorhersage.

Um diese „Zusammenschau“ zu ermöglichen, gibt es weltweit ein Netz von Beobachtungsstationen, die gleichzeitig Wetterbeobachtungen nach einem einheitlichen Verfahren durchführen. Dazu werden an den Beobachtungsstationen die atmosphärischen Zustandsgrößen (z.B.: Temperatur, Feuchte, Wind) zu bestimmten Zeiten gemessen. Die für die Beobachtungen vorgesehenen Termine sind weltweit einheitlich. Die Hauptbeobachtungstermine sind 00, 06, 12 und 18 Uhr UTC. Die Stationen unterscheidet man nach Bodenbeobachtungsstationen (weltweit ca. 10.500), die Daten von der Erdoberfläche sammeln und aerologische Beobachtungsstationen (weltweit ca. 1.000), die Daten aus bis zu 30 km Höhe für die dreidimensionale Betrachtung des Wetters liefern. Zusätzlich werden Daten auch von mobilen Meßstationen wie Schiffen, Bojen,  Flugzeugen, Radiosonden oder Satelliten ermittelt. Zusätzliche Datenquellen sind Fernerkundungssysteme wie Wetterradar und Blitzortungssysteme. Die Synthese aller Beobachtungsdaten zu einem Gesamtbild des dreidimensionalen (globalen) Zustandes der Atmosphäre, der Analyse, erfolgt mit Hilfe von numerischen Modellen.

Die von den Stationen gemessenen Parameter sind unter anderem: Luftdruck, Luftdruckänderung während der letzten drei Stunden, Lufttemperatur, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Taupunkt, Wolkenart, Höhe der Wolkenuntergrenze, Bedeckungsgrad, Sichtweite, Niederschlagsmenge und -art u.a.m. Die gesammelten Daten, also der Wetterzustand zu einem gegebenen Zeitpunkt, wird dann in Wetterkarten eingetragen. In der Bodenwetterkarte werden dann z.B. die Linien gleichen Druckes (Isobaren), und Fronten, evtl. Linien gleicher Druckänderung (Isallobaren) eingezeichnet. Früher geschah dies von Hand, heute wird diese Aufgabe vom Computer erledigt.

Bodenwetterkarte

 

 

 

 

 

Bodenwetterkarte

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Mit Hilfe der in Wetterkarten eingetragenen Daten als Anfangszustand können nun die Wetterverhältnisse analysiert und Wettervorhersagen erstellt werden. Der ermittelte Ausgangszustand dient somit zur Abschätzung der weiteren Entwicklung (empirische Wettervorhersage) oder er geht in ein numerisches Modell ein, um mit Hilfe der hydrodynamischen Grundgleichungen eine Prognose der Entwicklung zu erstellen (numerische Wettervorhersage).

Heute können so mit Hilfe des Computers sämtliche Daten zielgruppengerecht aufbereitet und visualisiert werden, was die persönliche Wettervorbereitung für den Piloten wesentlich erleichtert.

 

Maßstab

Eine grobe, in der Meteorologie aber gebräuchliche Skaleneinteilung orientiert sich an der horizontalen Ausdehnung der Systeme (Raumskala):

  • Makro-Skala (globale Skala) mit Größen über 2.000 km, z.B. lange Wellen, große Mittelbreitentiefs (Zyklonen), ausgedehnte Hochs (Antizyklonen)
  • Meso-Skala mit Größen von 2.000 km bis 2 km, z.B. kleinere Zyklonen, Zwischenhochs, Fronten, tropische Zyklonen, Gewitter;
  • Mikro-Skala mit Größen  unter 2 km, z.B. Tornados, Cumulus-Wolken, Mikroturbulenz.

Gebräuchlich ist auch die Zeitskala, d.h. die Einteilung nach

  • der Zeit, die ein System benötigt, um über einen Beobachter hinweg zu ziehen, oder
  • der Lebenszeit eines Systems.

Atmosphärische Erscheinungen und Vorgänge treten in unterschiedlichen Maßstäben auf. So kann man den Ablauf dynamischer Prozesse im planetaren Maßstab abbilden. Lokale Zirkulationssysteme wie die Land-Seewind-Zirkulation werden dagegen mit horizontalen Abmessungen von nur ca. 100 km untersucht. Zugleich ist auch die zeitliche Dimension der Abläufe von Bedeutung. Man spricht deswegen von der Maßstabsgebundenheit der meteorologischen Prozesse und unterscheidet gesetzmäßig gekoppelte räumliche und zeitliche Maßstäbe (scales). Zu jeder betrachteten meteorologischen Fragestellung muß somit auch der Maßstab der beteiligten Prozesse berücksichtigt werden.

Daher umfaßt der synoptische Maßstab alle atmosphärischen Erscheinungen, die in den Werterkarten analysiert werden können. Er enthält sowohl Anteile des Makromaßstabes als auch wichtige Erscheinungen der Mesoskala. Zu diesen gehören Fronten, zyklogenetische Prozesse, größere Bereiche mit Konvektion, Wolken- und Niederschlagsstrukturen usw. Die zugehörigen Zeitmaßstäbe betragen Stunden bis Tage. Die kleinsten Maßstäbe in der Atmosphäre betreffen die Mikroturbulenz mit Abmessungen in der Größenordnung ab Zentimetern und Zeitmaßstäben ab Sekunden.

Räumliche Skala

atmosphärische Phänomene (Zeitskala)

Skalenbezeichnung

Global bis 10.000 km 

allgemeine Zirkulation der Atmosphäre, stehende Wellen, ultralange Wellen, Gezeitenwellen (Wochen bis Monate)

Makroskala

10.000 km bis 2.000 km

barokline Wellen (Wochen bis Monate) 

Makroskala

2.000 km bis 200 km 

Fronten und Wirbelstürme (Tage) 

Mesoskala

200 km bis 20 km

orografische Effekte, Land-See-Wind. Wolkencluster, Böenlinien, interne Wellen (Tag)

Mesoskala

20 km bis 2 km

Gewitterzellen, Interne Schwerewellen, Clear Air Turbulence (CAT), urbane Effekte (Stunden)

Mesoskala

2 km bis 200 m

Konvektion, kurze Schwerewellen. Tornados (Minuten bis Stunden)

Mikroskala

200 m bis 20 m

Thermik und Thermikeffekte (Minuten)

Mikroskala

< 20 m

kleinräumige Turbulenz (Sekunden bis Minuten)

Mikroskala

 

 

Synoptische Skala von Druckgebieten und Fronten

Synoptische Skalen

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Stationsnetz des DWD

Wetterbeobachtung

Die Beobachtungen, die auf den Wetterkarten dargestellt sind, stammen von einer großen Zahl von Beobachtern rund um den Globus (weltweit ca. 10.500). Diese Beobachtungsdaten müssen den Wetterdiensten in einer Form zur Verfügung stehen, die ein einheitliches Einzeichnen der Werte in Karten ermöglicht. Diese Forderung führte zu einer engen internationalen Zusammenarbeit, organisiert von der Meteorologischen Weltorganisation (WMO: World Meteorological Organization) mit Sitz in Genf.

Damit die Wetterbeobachtungen für synoptische Zwecke wirksam ausgenützt werden können, müssen die Daten folgende Bedingungen erfüllen. Sie müssen

  • überall zum gleichen Zeitpunkt und auf gleiche Weise durchgeführt werden;
  • sprachunabhängig weitergegeben werden, damit sie überall verstanden werden können;
  • schnell global weiterbefördert werden können;
  • aus finanziellen Gründen so kurz als möglich gefaßt sein, aber gleichzeitig alle wesentlichen meteorologischen Daten enthalten.

Um diesen Forderungen zu entsprechen, werden die meteorologischen Elemente und sonstigen Wetterbeobachtungen zur Verbreitung in einem Zifferncode aus fünfstelligen Zahlen verschlüsselt, dem Synop-Schlüssel. Der Zahlenschlüssel wurde im Laufe der Jahre immer wieder verbessert oder umgearbeitet. Der heute in Gebrauch stehende Code wurde 1953 von der WMO eingeführt.

Die acht synoptischen Beobachtungstermine sind 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 und 21 Uhr UTC (entsprechend 01, 04 usw. Uhr MEZ). Die vier Termine 00, 06, 12 und 18 Uhr UTC sind die synoptischen Haupttermine.

 

Wetterstationsnetz des DWD

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Synop-Schlüssel

Sämtliche Informationen der Wetterbeobachtungen werden mit Hilfe eines einheitlichen Codes, dem Synop-Schlüssel, kompakt in Zahlengruppen zusammengefaßt. Der Code ist von der World Meteorological Organization (WMO) definiert worden. SYNOP (Wortstamm von "synchron" und "optisch") ist dabei ein Kurzwort für synoptische Observation, also eine Wettermeldung. Der Code enthält unter anderem Informationen über Temperatur und Taupunkt, Luftdruck und Luftdruckverlauf der letzten drei Stunden, Windrichtung und Windgeschwindigkeit, den aktuellen Wetterzustand und den der letzten 1, 3 bzw. 6 Stunden, auch Sichtweite, Bedeckungsgrad und Wolkenartensind darin enthalten. Jede besondere Beobachtungsart hat ihre eigenen Schlüssel. Der Schlüssel für synoptische Beobachtungen an Landstationen ist dabei natürlich anders als der für Beobachtungen an Wetterschiffen oder Seestationen oder Handelsschiffen. Außerdem gibt es besondere Codes für die Luftfahrt und für andere besondere Zwecke. Jeder Synopcode besteht aus Zifferngruppen zu je fünf Zahlen. Dabei werden die wichtigsten Wetterinformationen der Reihe nach eingetragen. Jede Gruppe beinhaltet jeweils einen Meßwert, mit Ausnahme der ersten Zeilen zur Identifikation der meldenden Wetterstation. Die erste Zahl jeder Zahlengruppe (mit Ausnahme der Stationsmeldegruppe) gibt die Art des gemeldeten Meßwertes an.

Stationsmodell Struktur

Synop-Code: IIiii iihVV Nddff 00fff 1sTTT 2sTTT 3PPPP 4PPPP 5appp 6RRRt 7wwWW 8NCCC 9GGgg

Die Synop-Codes sind den Angaben des Stationsmodells in festgelegter Weise zugeordnet, wie die Abbildung links zeigt.

 

 

 

Beispiel:
AAXX 09101
10637 41570 53035 10054 21011 40158 52021 72186 82842  NNNN

Meldung Ziffer Inhalt der Meldung Code

AAXX 09101

 

Meldung einer ortsfesten Landstation vom 9. des Monats von 10:00 Uhr UTC die 1. Meldung

 

10637

10

Kennziffer des Landes oder bei großen Staaten eines Landesteiles (z.B. 06: Beneluxländer und Schweiz, 10: Deutschland, 11: Österreich)
= Deutschland

IIiii

 

637

Kennziffer der meldenden Station
= Frankfurt a. Main - Flughafen

 

41570

4

Indikator für die Meldung der Niederschlagsmenge

iihVV

 

1

Indikator für die Art der Station (bemannt oder automatisch und für die Meldung der aktuellen Wettersituation)
= Station bemannt, meldbare Wettererscheinungen unter der Ziffer 7 vorhanden

 
 

5

Wolkenuntergrenze der tiefsten Wolken
= zwischen 600 m und 999 m über der Station

 
 

70

Horizontalsichtweite
= 20 km

 

53035

5

Gesamtbedeckung des Himmels in Achteln (sichtbare Himmelsfläche) 
= 5/8 

Nddff

 

30

Windrichtung in Zehnergraden (Richtung aus der der Wind kommt)
= 300 ° (Westnordwest)

 
 

35

Windgeschwindigkeit in Knoten
= 35 kt (ca. 63 km/h = stürmischer Wind)

 

10054

1

Kennung für die Lufttemperatur 2 m über Grund  

1sTTT

 

0

Vorzeichen der Temperatur (0 = positiv / 1 = negativ)

 
 

054

Lufttemperatur in Zehntelgrad Celsius 2 m über Grund
= + 5,4 °C

 

21021

2

Kennung für die Taupunkttemperatur

2sTTT

 

1

Vorzeichen der Taupunkttemperatur (0 = positiv / 1 = negativ)

 
 

021

Taupunkttemperatur in Zehntelgrad Celsius 2 m über Grund
= - 2,1 °C

 

40158

4

Kennung für die Luftdruckgruppe

4PPPP

 

0158

auf Meeresniveau reduzierter Stationsluftdruck in Zehntel-Hektopaskal unter Weglassung der Tausenderziffer
= 1015,8 hPa

 

52021

5

Kennung der Luftdrucktendenzgruppe

5appp

 

2

Art der Luftdruckänderung während der letzten 3 Stunden
= regelmäßig steigend und höher als vor 3 Stunden

 
 

021

Betrag der 3-stündigen Luftdruckänderungen in Zehntel-Hektopaskal
= 2,1 hPa gestiegen

 

72186

7

Kennung für Wetterzustand und -verlauf

7wwWW

 

21

Wetterzustand z. Z. der Beobachtung bzw. während der letzten Stunde
= z. Z. der Beobachtung keine meldbare Wettererscheinung, aber während der letzten Stunde Regen

 
 

86

Wetterverlauf der letzten Stunden
= Regen während der letzten sechs Stunden, kurze Regenschauer und davor lang anhaltender Regen

 

82842

8

Kennung für die Bewölkungsgruppe

8NCCC

 

2

Menge der tiefen oder mittelhohen Wolken in Achteln der sichtbaren Himmelsfläche
= 2/8

 
 

8

Art der tiefen Wolken
= Cumulus und Stratocumulus mit Untergrenzen in unterschiedlichen Höhen

 
 

4

Art der mittelhohen Wolken
= linsenförmige Altocumulusbewölkung (Altocumulus lenticularis)

 
 

2

Art der hohen Wolken
= dichter oder flockiger Cirrus

 

NNNN

 

Ende der Meldung

 

Auf weitere Details des Wetterschlüssels soll hier nicht eingegangen werden. Die nationalen Wetterdienste wie z.B. der DWD geben Zusammenstellungen über diese Beobachtungscodes heraus, auf die bezuglich der Einzelheiten verwiesen werden muß.

Zu bemerken ist, daß auf die Schlüssel der in der Luftfahrt gebräuchlichen METAR- und TAF-Meldungen an anderer Stelle eingegangen wird.

 

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