Meteorologie

Meteorologie ist ein Zweig der Atmosphärische Wissenschaften (die einschließen Atmosphärische Chemie und Atmosphärische Physik) mit einem wichtigen Fokus auf Wettervorhersage. Das Studium der Meteorologie stammt aus JahrtausendeObwohl signifikante Fortschritte in der Meteorologie erst im 18. Jahrhundert begannen. Das 19. Jahrhundert verzeichnete nachher bescheidene Fortschritte auf dem Gebiet Wetterbeobachtung Netzwerke wurden in breiten Regionen gebildet. Vorherige Versuche bei Vorhersage des Wetters Abhängig von historischen Daten. Es war erst nach der Aufklärung der Gesetze der Physik insbesondere die Entwicklung des Computers, die die automatisierte Lösung vieler Gleichungen ermöglicht, die das Wetter in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts modellieren, dass erhebliche Durchbrüche bei der Wettervorhersage erreicht wurden. Ein wichtiger Zweig der Wettervorhersage ist Meereswettervorhersage In Bezug auf die Sicherheit der See- und Küstensicherheit, bei denen Wettereffekte auch atmosphärische Wechselwirkungen mit großen Wasserkörpern enthalten.

Meteorologische Phänomene sind beobachtbare Wetterereignisse, die durch die Wissenschaft der Meteorologie erklärt werden. Meteorologische Phänomene werden durch die Variablen von beschrieben und quantifiziert Erdatmosphäre: Temperatur, Luftdruck, Wasserdampf, Massenstromund die Variationen und Wechselwirkungen dieser Variablen und wie sie sich im Laufe der Zeit verändern. Anders räumliche Skalen werden verwendet, um das Wetter auf lokalen, regionalen und globalen Ebenen zu beschreiben und vorherzusagen.

Meteorologie, Klimatologie, Atmosphärische Physik, und Atmosphärische Chemie sind Unterdisziplinen der Atmosphärische Wissenschaften. Meteorologie und Hydrologie das interdisziplinäre Bereich von zusammenstellen Hydrometeorologie. Die Wechselwirkungen zwischen der Erdatmosphäre und ihren Ozeanen sind Teil eines gekoppelten Ozeanatmosphärensystems. Die Meteorologie hat Anwendung in vielen verschiedenen Bereichen wie der Militär-, Energie Produktion, Transport, Landwirtschaft, und Konstruktion.

Das Wort Meteorologie ist von der Altgriechisch μετέωρος Metéōros (Meteor) und -λογία -logie (-(o) Logie), was "das Studium der Dinge hoch in der Luft" bedeutet.

Geschichte

Die Fähigkeit zu vorherigen Regen und Überschwemmungen Basierend auf jährlichen Zyklen wurde offensichtlich vom Menschen zumindest ab dem Zeitpunkt der landwirtschaftlichen Siedlung, wenn nicht früher, verwendet. Frühe Ansätze zur Vorhersage des Wetters basierten auf Astrologie und wurden von Priestern geübt. Keilschrift Inschriften auf Babylonisch Zu den Tabletten gehörten Assoziationen zwischen Donner und Regen. Das Chaldäer differenzierte die 22 ° und 46 ° Halos.[1]

Antike Inder Upanishaden enthalten Erwähnungen von Wolken und Jahreszeiten.[2] Die Samaveda erwähnt, dass Opfer ausgeführt werden sollen, wenn bestimmte Phänomene bemerkt wurden.[1] Varāhamihiraklassische Arbeit Brihatsamhita, geschrieben ungefähr 500 n. Chr.,[2] liefert Hinweise auf eine Wetterbeobachtung.

350 v. Chr., Aristoteles schrieb Meteorologie.[3] Aristoteles gilt als Gründer der Meteorologie.[4] Eine der beeindruckendsten Erfolge, die in der beschrieben sind Meteorologie ist die Beschreibung dessen, was heute als die genannt wird Wasserkreislauf.[5]

Das Buch De mundo (Komponiert vor 250 v. Chr. Und zwischen 350 und 200 v. Chr.) Bezeichnete:[6]

Wenn der blinkende Körper in Brand gesetzt wird und heftig auf die Erde eilt, wird er ein Blitzbolt genannt. Wenn es nur die Hälfte des Feuers ist, aber auch gewalttätig und massiv, heißt es a Meteor; Wenn es völlig frei von Feuer ist, wird es als Raucherschraube bezeichnet. Sie werden alle als "Sturzbolzen" bezeichnet, weil sie auf die Erde fallen. Blitz ist manchmal rauchig und wird dann als "schwelendem Blitz" bezeichnet. Manchmal schärft es schnell mit und soll dann sein lebendig. Zu anderen Zeiten reist es in krumme Linien und heißt es Blitzgabel. Wenn es auf ein Objekt stürzt, wird es als "stürzender Blitz" bezeichnet.

Das griechisch Wissenschaftler Theophrastus stellte ein Buch über die Wettervorhersage zusammen, genannt die Schilderbuch. Die Arbeit von Theophrastus blieb ein dominierender Einfluss auf die Untersuchung des Wetters und bei der Wettervorhersage seit fast 2.000 Jahren.[7] In 25 n. Chr., Pomponius Mela, ein Geograph für die Römisches Reichformalisiert das Klimazonensystem.[8] Laut Toubic Fahd, um das 9. Jahrhundert, um das 9. Jahrhundert, Al-Dinawari schrieb die Kitab al-Nabat (Pflanzenbuch), in dem er sich mit der Anwendung der Meteorologie befasst Landwirtschaft während der Arabische Landwirtschaftsrevolution. Er beschreibt den meteorologischen Charakter des Himmels, das Planeten und Konstellationen, das Sonne und Mond, das Mondphasen Anzeige Jahreszeiten und Regen, die anwa (himmlische Körper des Regens) und atmosphärische Phänomene wie Winde, Donner, Blitz, Schnee, Überschwemmungen, Täler, Flüsse, Seen.[9][10][Überprüfung erforderlich]

Frühe Versuche zur Vorhersage des Wetters waren oft mit Prophezeiung und Göttlichkeit zusammenhängen und basierten manchmal auf astrologischen Ideen. Admiral Fitzroy versuchte, wissenschaftliche Ansätze von prophetischen Ansätzen zu trennen.[11]

Erforschung visueller atmosphärischer Phänomene

Dämmerung bei Baker Beach

Ptolemäus schrieb über die Atmosphärische Brechung Licht im Kontext astronomischer Beobachtungen.[12] In 1021, Alhazen zeigten, dass die atmosphärische Brechung auch verantwortlich ist für Dämmerung; Er schätzte, dass Twilight beginnt, wenn die Sonne 19 Grad unter dem liegt Horizontund verwendete auch eine geometrische Bestimmung, die darauf basiert, um die maximal mögliche Höhe der zu schätzen Erdatmosphäre als 52.000 passim (ca. 49 Meilen oder 79 km).[13]

St. Albert der Große war der erste, der vorschlug, dass jeder Tropfen fallender Regen die Form einer kleinen Kugel hatte und dass diese Form bedeutete, dass der Regenbogen durch Licht mit jedem Regentropfen erzeugt wurde.[14] Roger Bacon war der erste, der die Winkelgröße des Regenbogens berechnete. Er erklärte, dass ein Regenbogengipfel nicht höher als 42 Grad über dem Horizont erscheinen kann.[15] Im späten 13. und frühen 14. Jahrhundert,, Kamāl al-Dīn al-Fārisī und Theodorik von Freiberg waren die ersten, die die richtigen Erklärungen für die Primäranlage gaben Regenbogen Phänomen. Theoderic ging weiter und erklärte auch den sekundären Regenbogen.[16] 1716 schlug Edmund Halley das vor Aurorae werden durch "magnetische Effluvia" verursacht, die sich entlang der bewegt Erdmagnetfeld Linien.

Instrumente und Klassifizierungsskalen

Ein halbkugelförmiges Tassenanemometer

Im Jahr 1441, King SejongDer Sohn, Prinz Munjong aus Korea, erfand den ersten standardisierten Regenmesser.[17] Diese wurden über die gesamte gesendet Joseon Dynastie von Korea als offizielles Instrument zur Bewertung von Grundsteuern auf der Grundlage der potenziellen Ernte eines Landwirts. 1450, Leone Battista Alberti entwickelte eine Swinging-Platte Windmesserund war als erster bekannt Windmesser.[18] Im Jahr 1607, Galileo Galilei gebaut a Thermoskop. 1611, Johannes Kepler schrieb die erste wissenschaftliche Abhandlung über Schneekristalle: "Strena seu de nive sexangula (ein Neujahrsgeschenk von sechseckiger Schnee)."[19] 1643, Evangelista Torricelli erfand das Quecksilber Barometer.[18] 1662, Sir Christopher Wren erfand die mechanische, selbstmantelige, kippende Regenregenmesser. 1714, Gabriel Fahrenheit erstellte eine zuverlässige Skala für die Messung der Temperatur mit einem Quecksilberthermometer.[20] 1742, Anders Celsius, ein schwedischer Astronom, schlug die Temperaturskala "Celsius", den Vorgänger des Stroms vor Celsius Skala.[21] 1783 das erste Haar Hygrometer wurde nachgewiesen von Horace-Bénédict de Saussure. 1802–1803, Luke Howard schrieb Bei der Modifikation von Wolken, in dem er zuweist Wolkentypen Lateinische Namen.[22] Im Jahr 1806, Francis Beaufort stellte seine vor System zur Klassifizierung von Windgeschwindigkeiten.[23] Gegen Ende des 19. Jahrhunderts der erste Wolkenatlasen wurden veröffentlicht, einschließlich der Internationaler Cloud Atlas, was seitdem in gedruckter Form geblieben ist. Der Start des ersten Erfolgs im April 1960 Wettersatelliten, Tiros-1, markierte den Beginn des Alters, in dem weltweit Wetterinformationen verfügbar wurden.

Atmosphärische Kompositionsforschung

1648, Blaise Pascal hat das wiederentdeckt Luftdruck nimmt mit der Höhe ab und ließ, dass es ein Vakuum über der Atmosphäre gibt.[24] 1738, Daniel Bernoulli veröffentlicht Hydrodynamik, initiieren die Kinetische Gasentheorie und etablierte die Grundgesetze für die Theorie der Gase.[25] 1761, Joseph Black entdeckte, dass Eis Wärme absorbiert, ohne seine Temperatur beim Schmelzen zu ändern. Im Jahr 1772 Blacks Student Daniel Rutherford entdeckt Stickstoff-, was er nannte Phlogistierte Luftund zusammen entwickelten sie die Phlogiston -Theorie.[26] 1777, Antoine Lavoissier entdeckt Sauerstoff und entwickelte eine Erklärung für die Verbrennung.[27] 1783 in Lavoisiers Aufsatz "Reflexionen Sur le Phlogistique",[28] Er veraltet die Phlogistonentheorie und schlägt a vor Kalorientheorie.[29][30] Im Jahr 1804, John Leslie beobachtete, dass eine matte schwarze Oberfläche Wärme effektiver ausstrahlt als eine polierte Oberfläche, was auf die Bedeutung von von Bedeutung ist Schwarzkörperstrahlung. Im Jahr 1808, John Dalton verteidigte die Kalorientheorie in Ein neues System der Chemie und beschrieben, wie es sich mit Materie verbindet, insbesondere Gase; er schlug vor, dass die Wärmekapazität von Gasen variieren umgekehrt mit atomares Gewicht. Im Jahr 1824, Sadi Carnot analysierte die Effizienz von Dampfmaschinen Verwendung der Kalorientheorie; Er entwickelte den Begriff von a reversibler Prozess und in der Postulierung, dass in der Natur kein so etwas existiert, legte die Grundlage für die Zweites Gesetz der Thermodynamik.

Erforschung von Zyklonen und Luftfluss

Allgemeine Zirkulation der Erdatmosphäre: Die Westerlies und Handelswinde sind Teil der atmosphärischen Zirkulation der Erde.

Im Jahr 1494, Christopher Columbus erlebte einen tropischen Zyklon, der zum ersten schriftlichen europäischen Bericht eines Hurrikans führte.[31] 1686, Edmund Halley präsentierte eine systematische Untersuchung der Passatwinde und Monsune und identifizierte Solarheizung als Ursache für atmosphärische Bewegungen.[32] Im Jahr 1735 ein Ideal Erklärung von Globale Zirkulation durch das Studium der Passatwinde wurde geschrieben von George Hadley.[33] Im Jahr 1743, wenn Benjamin Franklin wurde verhindert, eine Mondfinsternis durch a zu sehen HurrikanEr entschied, dass sich Zyklone entgegengesetzt zu den Winden an ihrer Peripherie bewegen.[34] Das Verständnis der Kinematik, wie genau die Rotation der Erde den Luftstrom beeinflusst, war zunächst teilweise. Gaspard-Gustave Coriolis veröffentlichte 1835 ein Papier über die Energieausbeute von Maschinen mit rotierenden Teilen wie Wasserrädern.[35] Im Jahr 1856, William Ferrel schlug die Existenz von a vor Zirkulationszelle in den mittleren Latitümen und die Luft in der Coriolis-Kraft abgelenkt, was zu den vorherrschenden Westwinden führt.[36] Ende des 19. Jahrhunderts die Bewegung der Luftmassen entlang Isobars wurde als Ergebnis der groß angelegten Wechselwirkung des Druckgradientenkraft und die ablenkende Kraft. Bis 1912 wurde diese ablenkende Kraft als Coriolis -Effekt bezeichnet.[37] Kurz nach dem Ersten Weltkrieg, eine Gruppe von Meteorologen in Norwegen, angeführt von Vilhelm Bjerknes entwickelte die Norwegisches Zyklonmodell Das erklärt die Erzeugung, Intensivierung und den endgültigen Zerfall (den Lebenszyklus) von Zyklone mit mittlerer Breiteund stellte die Idee von vor Frontendas heißt, scharf definierte Grenzen zwischen Luftmassen.[38] Die Gruppe eingeschlossen Carl-Gustaf Rossby (Wer war der erste, der den groß angelegten atmosphärischen Strömung in Bezug auf erklärte Flüssigkeitsdynamik), Tor Bergeron (wer entschied zuerst, wie Regen bildet) und Jacob Bjerknes.

Beobachtungsnetzwerke und Wettervorhersage

Wolkenklassifizierung durch Höhe des Auftretens
Diese "hyetografische oder Regenkarte der Welt" wurde erstmals 1848 von veröffentlicht Alexander Keith Johnston.
Diese "hyetografische oder regenkarte von Europa" wurde auch 1848 als Teil von "The Physical Atlas" veröffentlicht.

Im späten 16. Jahrhundert und der ersten Hälfte des 17. Jahrhunderts wurden eine Reihe von meteorologischen Instrumenten erfunden - die Thermometer, Barometer, Hydrometersowie Wind- und Regenmessgeräte. In den 1650er Jahren begannen die Naturphilosophen mit diesen Instrumenten, um Wetterbeobachtungen systematisch aufzuzeichnen. Wissenschaftliche Akademien etablierten Wetteragebücher und organisierte Beobachtungsnetzwerke.[39] 1654, Ferdinando II de Medici etablierte das erste Wetterbeobachtung Netzwerk, das aus meteorologischen Stationen in bestand Florenz, Cutigliano, Vallombrosa, Bologna, Parma, Mailand, Innsbruck, Osnabrück, Paris und Warschau. Die gesammelten Daten wurden in regelmäßigen Zeitintervallen an Florenz gesendet.[40] In den 1660er Jahren Robert Hooke des Royal Society of London Gesponserte Netzwerke von Wetterbeobachtern. Hippokrates'Abhandlung Luft, Wasser und Orte hatte ein verbundenes Wetter mit Krankheiten. So versuchten frühe Meteorologen, Wettermuster mit epidemischen Ausbrüchen und dem Klima mit der öffentlichen Gesundheit zu korrelieren.[39]

Während der Zeitalter der Erleuchtung Die Meteorologie versuchte, die traditionelle Wetterüberlieferung, einschließlich der astrologischen Meteorologie, zu rationalisieren. Es gab aber auch Versuche, ein theoretisches Verständnis der Wetterphänomene zu etablieren. Edmond Halley und George Hadley versuchte zu erklären Passatwinde. Sie argumentierten, dass die steigende Masse der beheizten Äquatorluft durch einen Zufluss kühlerer Luft aus hohen Breiten ersetzt wird. Ein Strömung mit warmer Luft in großer Höhe vom Äquator zu Polen ergaben und ein frühes Bild der Zirkulation. Frustration über die mangelnde Disziplin bei Wetterbeobachtern und die schlechte Qualität der Instrumente führten die frühe Neuzeit an Nationalstaaten große Beobachtungsnetzwerke organisieren. So hatten Meteorologen bis zum Ende des 18. Jahrhunderts Zugang zu großen Mengen zuverlässiger Wetterdaten.[39] Im Jahr 1832 wurde ein elektromagnetischer Telegraph erzeugt von Baron Schilling.[41] Die Ankunft der elektrischer Telegraph 1837 lieferte er sich zum ersten Mal eine praktische Methode zum schnellen Sammeln Oberflächenwetterbeobachtungen aus einem weiten Bereich.[42]

Diese Daten könnten verwendet werden, um Karten des Zustands der Atmosphäre für eine Region in der Nähe der Erdoberfläche zu erzeugen und zu untersuchen, wie sich diese Zustände im Laufe der Zeit entwickelten. Um häufige Wettervorhersagen auf der Grundlage dieser Daten zu erstellen, erforderte ein zuverlässiges Netzwerk von Beobachtungen, aber erst 1849 war die Smithsonian Institution begann, ein Beobachtungsnetzwerk in den Vereinigten Staaten unter der Leitung von zu etablieren Joseph Henry.[43] In Europa wurden zu diesem Zeitpunkt ähnliche Beobachtungsnetzwerke eingerichtet. Der Pfarrer William Clement Ley war der Schlüssel zum Verständnis von Cirrus -Clouds und dem frühen Verständnis von Jet Streams.[44] Charles Kenneth Mackinnon Douglas, bekannt als 'CKM' Douglas, las nach seinem Tod Leys Papiere und führte die frühe Studie über Wettersysteme durch.[45] Forscher in der Meteorologie des 19. Jahrhunderts wurden eher aus militärischen oder medizinischen Hintergründen als als engagierte Wissenschaftler ausgebildet.[46] 1854 ernannte die Regierung Großbritanniens Robert Fitzroy in das neue Büro von Meteorologische Statistin zum Handelsausschuss mit der Aufgabe, Wetterbeobachtungen auf See zu sammeln. Fitzroys Büro wurde das Büro Meteorologisches Büro des Vereinigten Königreichs 1854, der zweitälteste nationale meteorologische Dienst der Welt (der der Welt Central Institution for Meteorology and Geodynamics (ZAMG) In Österreich wurde 1851 gegründet und ist der älteste Wetterdienst der Welt). Die ersten täglichen Wettervorhersagen von Fitzroys Büro wurden veröffentlicht in Die Zeiten Zeitung im Jahr 1860. Im folgenden Jahr wurde ein System eingeführt, das Sturmwarnzapfen in den Haupthäfen aufweist, als ein Sturm erwartet wurde.

In den nächsten 50 Jahren haben viele Länder nationale meteorologische Dienste eingerichtet. Das Indien Meteorologische Abteilung (1875) wurde gegründet, um dem tropischen Zyklon zu folgen und Monsun.[47] Das finnische meteorologische Zentralamt (1881) wurde aus einem Teil des magnetischen Observatoriums von gebildet Helsinki Universität.[48] Japans Tokyo Meteorological Observatory, der Vorläufer des Japan Meteorological Agency, begann 1883 mit dem Bau von Oberflächenwetterkarten.[49] Das Wetterbüro der Vereinigten Staaten (1890) wurde unter dem eingerichtet Landwirtschaftsdeparment der Vereinigten Staaten von Amerika. Das Australisches Büro für Meteorologie (1906) wurde von einem Meteorologiegesetz eingerichtet, um bestehende staatliche meteorologische Dienste zu vereinen.[50][51]

Numerische Wettervorhersage

Ein Meteorologe an der Konsole des IBM 7090 in der gemeinsamen numerischen Wettervorhersageeinheit. c. 1965

Im Jahr 1904 norwegischer Wissenschaftler Vilhelm Bjerknes erstmals in seiner Zeitung argumentiert Wettervorhersage als Problem in Mechanik und Physik dass es möglich sein sollte, das Wetter aus Berechnungen basierend auf der Grundlage der Aufnahme zu bringen Naturgesetze.[52][53]

Erst später im 20. Jahrhundert führte das Verständnis der atmosphärischen Physik zur Grundlage der Moderne Numerische Wettervorhersage. Im Jahr 1922, Lewis Fry Richardson Veröffentlicht "Wettervorhersage nach numerischer Prozess",[54] Nachdem er Notizen und Ableitungen gefunden hatte, arbeitete er als Krankenwagentreiber im Ersten Weltkrieg. Er beschrieb, wie kleine Begriffe in den prognostischen Flüssigkeitsdynamikgleichungen, die den atmosphärischen Fluss regeln, vernachlässigt werden konnten, und ein numerisches Berechnungsschema, das entwickelt werden könnte, um Vorhersagen zu ermöglichen. Richardson stellte sich ein großes Auditorium von Tausenden von Menschen vor, die die Berechnungen durchführten. Die schiere Anzahl der erforderlichen Berechnungen war jedoch zu groß, um ohne elektronische Computer zu vervollständigen, und die Größe der Gitter- und Zeitschritte, die in den Berechnungen verwendet wurden, führten zu unrealistischen Ergebnissen. Obwohl numerische Analyse später feststellte, dass dies an zurückzuführen war Numerische Instabilität.

Ab den 1950er Jahren, numerisch Prognosen mit Computern wurden machbar.[55] Der Erste Wettervorhersage auf diese Weise abgeleitet verwendet Barotrop Modelle (Einzelvertikale) und die groß angelegte Bewegung der Mitte erfolgreich vorhersagen können Rossby Wellendas heißt das Muster von Atmosphärische Tiefs und Höhen.[56] 1959 erhielt das britische Meteorological Office seinen ersten Computer, a Ferranti Quecksilber.[57]

In den 1960er Jahren die chaotisch Die Art der Atmosphäre wurde zuerst beobachtet und mathematisch beschrieben durch Edward Lorenz, Gründung des Feldes von Chaostheorie.[58] Diese Fortschritte haben zum aktuellen Gebrauch von geführt Ensemble -Vorhersage In den meisten wichtigen Prognosezentren, um die Unsicherheit aus der chaotischen Natur der Atmosphäre zu berücksichtigen.[59] Mathematische Modelle, die verwendet werden, um das langfristige Wetter der Erde vorherzusagen (Klimamodelle), wurden heute eine Lösung entwickelt, die ebenso grob wie die älteren Wettervorhersagemodelle sind. Diese Klimamodelle werden verwendet, um langfristig zu untersuchen Klima Verschiebungen, wie z. B. welche Auswirkungen durch die menschliche Emission von Menschen verursacht werden könnten Treibhausgase.

Meteorologen

Meteorologen sind Wissenschaftler, die im Bereich der Meteorologie studieren und arbeiten.[60] Die American Meteorological Society veröffentlicht und aktualisiert kontinuierlich eine maßgebliche elektronische Meteorologie Glossar.[61] Meteorologen arbeiten in Regierungsbehörden, private Beratung und Forschung Dienstleistungen, Industrieunternehmen, Versorgungsunternehmen, Radio und Fernsehsender, und in Ausbildung. In den Vereinigten Staaten hatten Meteorologen 2018 rund 10.000 Arbeitsplätze inne.[62]

Obwohl Wettervorhersagen und Warnungen die bekanntesten Produkte von Meteorologen für die Öffentlichkeit sind, sind Wettermoderatoren Im Radio und Fernsehen sind nicht unbedingt professionelle Meteorologen. Sie sind meistens Reporter mit wenig formalem meteorologischem Training, unter Verwendung von nicht regulierten Titeln wie z. Wetterspezialist oder Wetterfrosch. Das American Meteorological Society und National Weather Association Ausgeben "Siedlungen der Genehmigung" an Wetterreiter, die bestimmte Anforderungen erfüllen, dies ist jedoch nicht obligatorisch, um von den Medien eingestellt zu werden.

Ausrüstung

Satellitenbild von Hurrikan Hugo mit einer polar niedrig oben im Bild sichtbar

Jede Wissenschaft hat ihre eigenen einzigartigen Laborgeräte. In der Atmosphäre gibt es viele Dinge oder Eigenschaften der Atmosphäre, die gemessen werden können. Regen, der beobachtet oder überall und jederzeit gesehen werden kann, war eine der ersten atmosphärischen Eigenschaften, die historisch gemessen wurden. Auch zwei weitere genau gemessene Eigenschaften sind Wind und Luftfeuchtigkeit. Keiner von diesen ist zu sehen, kann aber gefühlt werden. Die Geräte, um diese drei Mitte des 15. Jahrhunderts zu messen und waren jeweils die Regenmesser, das Anemometer und das Hygrometer. Vor dem 15. Jahrhundert waren viele Versuche unternommen worden, angemessene Ausrüstung zu errichten, um die vielen atmosphärischen Variablen zu messen. Viele waren in irgendeiner Weise fehlerhaft oder waren einfach nicht zuverlässig. Eben Aristoteles bemerkte dies in einigen seiner Arbeiten als Schwierigkeit, die Luft zu messen.

Sätze von Oberflächenmessungen sind wichtige Daten für Meteorologen. Sie geben eine Momentaufnahme einer Vielzahl von Wetterbedingungen an einem einzigen Ort und befinden sich normalerweise an einem Wetterstation, ein Schiff oder ein Wetterboje. Die an einer Wetterstation durchgeführten Messungen können eine beliebige Anzahl von atmosphärischen Observices enthalten. Normalerweise Temperatur, Druck, Windmessungen und Feuchtigkeit sind die Variablen, die mit einem Thermometer, einem Barometer, einem Anemometer bzw. Hygrometer gemessen werden.[63] Professionelle Stationen können auch Luftqualitätssensoren umfassen (Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Ozon, Staub, und Rauch), Ceilometer (Wolkendecke), fallender Niederschlagssensor, Hochwassersensor, Blitzsensor, Mikrofon (Explosionen, Schallbooms, Donner), Pyranometer/Pyrheliometer/Spektroradiometer (Ir/vis/uv Fotodioden), Regenmesser/Schneemadel, Szintillationsschalter (Hintergrundstrahlung, ausfallen, Radon), Seismometer (Erdbeben und Zittern), Transmissometer (Sichtbarkeit) und a GPS -Uhr zum Datenerfassung. Die Daten der oberen Luft sind für die Wettervorhersage von entscheidender Bedeutung. Die am weitesten verbreitete Technik ist der Start von Radiosonden. Ergänzung der Radiosonden a Netzwerk der Flugzeugsammlung wird von der organisiert Weltmeteorologische Organisation.

Fernerkundung, wie in der Meteorologie verwendet, ist das Konzept, Daten von Fernwetterereignissen zu sammeln und anschließend Wetterinformationen zu erstellen. Die gängigen Arten der Fernerkundung sind Radar, LIDAR, und Satelliten (oder Fotogrammetrie). Jedes sammelt Daten über die Atmosphäre von einem abgelegenen Ort und speichert normalerweise die Daten, an denen sich das Instrument befindet. Radar und LiDAR sind nicht passiv, weil beide verwendet werden EM Strahlung einen bestimmten Teil der Atmosphäre zu beleuchten.[64] Wettersatelliten zusammen mit allgemeineren Erdbeobachtungssatelliten, die in verschiedenen Höhen um die Erde umkreisen El Niño.

Räumliche Skalen

Die Untersuchung der Atmosphäre kann in verschiedene Bereiche unterteilt werden, die sowohl von Zeit- als auch räumlichen Skalen abhängen. An einem Extrem dieser Skala befindet sich die Klimatologie. In den Zeitskalen von Stunden bis Tagen trennt sich die Meteorologie in die Meteorologie der Mikro-, Meso- und Synoptikum. Jeweils die Geospatial Die Größe jeder dieser drei Skalen bezieht sich direkt mit der entsprechenden Zeitskala.

Andere Subklassifizierungen werden verwendet, um die einzigartigen, lokalen oder breiten Auswirkungen in diesen Unterklassen zu beschreiben.

Typische Skalen von atmosphärischen Bewegungssystemen[65]
Art der Bewegung Horizontale Skala (Meter)
Molekularer mittlerer freier Weg 10–7
Winzige turbulente Wirbel 10–2 – 10–1
Kleine Wirbel 10–1 – 1
Dust Devils 1–10
Böen 10 – 102
Tornados 102
Donnerwolken 103
Fronten, Squalle -Linien 104 – 105
Hurrikane 105
Synoptische Zyklone 106
Planetenwellen 107
Atmosphärische Gezeiten 107
Gemeiner zonaler Wind 107

Mikroskala

Die mikroskalige Meteorologie ist die Untersuchung der atmosphärischen Phänomene auf einer Skala von etwa 1 Kilometer (0,62 mi) oder weniger. Individuelle Gewitter, Wolken und lokale Turbulenzen, die durch Gebäude und andere Hindernisse (wie einzelne Hügel) verursacht werden, werden in dieser Größenordnung modelliert.[66]

Mesoskala

Mesoskalige Meteorologie ist die Untersuchung atmosphärischer Phänomene mit horizontalen Skalen von 1 km und 1000 km und einer vertikalen Skala, die an der Erdoberfläche beginnt und die atmosphärische Grenzschicht, Troposphäre, umfasst, enthält, Troposphäre, Tropopauseund der untere Abschnitt der Stratosphäre. Mesoskalige Zeitskalen halten weniger als einen Tag bis mehrere Wochen. Die Ereignisse in der Regel sind von Interesse Gewitter, Squalle Lines, Fronten, Niederschlagsbänder in tropisch und Extratropische Zykloneund topografisch erzeugte Wettersysteme wie Bergwellen und Meer- und Landbrise.[67]

Synoptische Skala

NOAA: Wetteranalyse der synoptischen Skala.

Die Synoptikummeteorologie sagt atmosphärische Veränderungen in Skalen von bis zu 1000 km und 10 voraus5 Sec (28 Tage), in Zeit und Raum. Auf der synoptischen Skala die Coriolis Beschleunigung Das Einwirken auf bewegene Luftmassen (außerhalb der Tropen) spielt eine dominierende Rolle bei Vorhersagen. Die Phänomene, die typischerweise beschrieben werden durch Synoptische Meteorologie Einbeziehen Ereignisse wie extratropische Zyklone, baroklinische Trogs und Grate, Frontalzonenund bis zu einem gewissen Grad Jet Streams. Alle diese sind normalerweise angegeben Wetterkarten für eine bestimmte Zeit. Die minimale horizontale Skala der synoptischen Phänomene ist auf den Abstand zwischen beschränkt Oberflächenbeobachtungsstationen.[68]

Globale Skala

Jährliche mittlere Meeresoberflächentemperaturen.

Die Meteorologie der globalen Skala ist die Untersuchung von Wettermustern im Zusammenhang mit dem Transport von Wärme aus dem Tropen zum Stangen. Sehr große Schwingungen sind in dieser Skala von Bedeutung. Diese Schwingungen haben in der Regel in der Größenordnung von Monaten Zeiträume, wie sie Madden -Julian Oszillationoder Jahre, wie die El Niño -Süd -Schwingung und die Pazifische dekadale Schwingung. Die Meteorologie der globalen Skala drückt in den Bereich der Klimatologie. Die traditionelle Definition des Klimas wird in größere Zeiträume und mit dem Verständnis der globalen Oszillationen der längeren Zeitskala auf die Klima- und Wetterstörungen in die synoptischen und mesoskaligen Zeitskalen -Vorhersagen einbezogen werden.

Die numerische Wettervorhersage ist ein Hauptaugenmerk beim Verständnis der Luft -Sea -Wechselwirkung, der tropischen Meteorologie, der atmosphärischen Vorhersagbarkeit und der troposphärischen/stratosphärischen Prozesse.[69] Das Marineforschungslabor In Monterey, Kalifornien, entwickelte ein globales atmosphärisches Modell namens namens Navy Operational Global Atmospheric Prediction System (Nogaps). Nogaps wird operativ unter ausgeführt Flotte numerische Meteorologie- und Ozeanographie -Zentrum Für das Militär der Vereinigten Staaten. Viele andere globale atmosphärische Modelle werden von nationalen meteorologischen Agenturen betrieben.

Einige meteorologische Prinzipien

Grenzschichtmeteorologie

Grenzschicht Meteorologie ist die Untersuchung von Prozessen in der Luftschicht direkt über der Erdoberfläche, bekannt als die Atmosphärische Grenzschicht (ABL). Die Auswirkungen der Oberfläche - Erhitzen, Abkühlen und Reibung- weil Turbulentes Mischen Innerhalb der Luftschicht. Signifikante Bewegung von Wärme, Angelegenheit, oder Schwung In Zeitskalen von weniger als einem Tag werden turbulente Bewegungen verursacht.[70] Die Grenzschichtmeteorologie umfasst die Untersuchung aller Arten von Oberflächen-Atmosphären-Grenze, einschließlich Ozean, See, städtischem Land und nicht städtischem Land für die Untersuchung der Meteorologie.

Dynamische Meteorologie

Die dynamische Meteorologie konzentriert sich im Allgemeinen auf die Flüssigkeitsdynamik der Atmosphäre. Die Idee von Luftpostpaket wird verwendet, um das kleinste Element der Atmosphäre zu definieren und gleichzeitig die diskrete molekulare und chemische Natur der Atmosphäre zu ignorieren. Ein Luftpaket wird als Punkt im flüssigen Kontinuum der Atmosphäre definiert. Die grundlegenden Gesetze der Flüssigkeitsdynamik, der Thermodynamik und der Bewegung werden verwendet, um die Atmosphäre zu untersuchen. Die physikalischen Größen, die den Zustand der Atmosphäre charakterisieren, sind Temperatur, Dichte, Druck usw. Diese Variablen haben eindeutige Werte im Kontinuum.[71]

Anwendungen

Wettervorhersage

Vorhersage des Oberflächendrucks fünf Tage in die Zukunft für den Nordpazifik, Nordamerika und Nordatlantik

Wettervorhersage ist die Anwendung von Wissenschaft und Technologie, um den Zustand des Atmosphäre zu einer zukünftigen Zeit und gegebenen Ort. Menschen haben seit mindestens dem 19. Jahrhundert versucht, das Wetter seit Jahrtausenden und formell formell vorherzusagen.[72][73] Wettervorhersagen werden durch das Sammeln von quantitativ Daten über den aktuellen Zustand der Atmosphäre und die Verwendung des wissenschaftlichen Verständnisses der atmosphärischen Prozesse, um zu projizieren, wie sich die Atmosphäre entwickelt.[74]

Einmal ein allmännisches Bestreben, das hauptsächlich auf Änderungen in basiert Luftdruck, aktuelle Wetterbedingungen und Himmel Zustand,[75][76] Prognosemodelle werden jetzt verwendet, um zukünftige Bedingungen zu bestimmen. Humane Input ist weiterhin erforderlich, um das bestmögliche Prognosemodell auszuwählen, um die Prognose zu stützen, bei der die Fähigkeiten zur Mustererkennung beinhaltet. Televerbindungen, Kenntnis der Modellleistung und Kenntnis der Modellverzerrungen. Das chaotisch Art der Atmosphäre, die massive Rechenleistung, die zur Lösung der Gleichungen, die die Atmosphäre beschreiben was die Prognose gemacht wird (die Angebot der Prognose) steigt. Die Verwendung von Ensembles und Modellkonsens ist dabei, den Fehler einzugrenzen und das wahrscheinlichste Ergebnis auszuwählen.[77][78][79]

Es gibt eine Vielzahl von Endnutzungen für Wettervorhersagen. Wetterwarnungen sind wichtige Vorhersagen, da sie zum Schutz von Leben und Eigentum verwendet werden.[80] Prognosen basierend auf Temperatur und Niederschlag sind wichtig für die Landwirtschaft,[81][82][83][84] und daher an Warenhändler innerhalb der Aktienmärkte. Temperaturprognosen werden von Versorgungsunternehmen verwendet, um die Nachfrage in den kommenden Tagen abzuschätzen.[85][86][87] Täglich verwenden Menschen Wettervorhersagen, um zu bestimmen, was sie tragen sollen. Da Outdoor -Aktivitäten stark durch starken Regen, Schnee und stark eingeschränkt werden Windkälte, Prognosen können verwendet werden, um Aktivitäten um diese Ereignisse zu planen und diese zu planen und zu überleben.

Luftfahrtmeteorologie

Luftfahrtmeteorologie befasst sich mit den Auswirkungen des Wetters auf Flugverkehrsmanagement. Es ist wichtig, dass Luftbesatzungen die Auswirkungen des Wetters auf ihren Flugplan sowie deren Flugzeuge verstehen, wie dies von der festgestellt wird Luftfahrtanleitung:[88]

Die Auswirkungen von Eis auf Flugzeuge sind kumulativ - durcheinander ist der Durchgang, der Luftwiderstand, der Antrieb verringern und das Gewicht erhöht sich. Die Ergebnisse sind eine Zunahme der Stallgeschwindigkeit und eine Verschlechterung der Flugzeugleistung. In extremen Fällen können sich 2 bis 3 Zoll Eis in weniger als 5 Minuten an der Vorderkante des Flugzeugs bilden. Es dauert nur 1/2 Zoll Eis, um die Hebeleistung einiger Flugzeuge um 50 Prozent zu senken und den Reibungswiderstand um einen gleichen Prozentsatz zu erhöhen.[89]

Landwirtschaftliche Meteorologie

Meteorologen, Bodenwissenschaftlerlandwirtschaftliche Hydrologen und Agronomisten sind Menschen mit der Untersuchung der Auswirkungen von Wetter und Klima auf die Verteilung der Pflanzen besorgt, Ertrag, Wassernutzungseffizienz, Phänologie der Pflanzen- und Tierentwicklung sowie der Energiebilanz von verwalteten und natürlichen Ökosystemen. Umgekehrt interessieren sie sich für die Rolle der Vegetation für Klima und Wetter.[90]

Hydrometeorologie

Hydrometeorologie ist der Zweig der Meteorologie, der sich mit dem befasst Wasserkreislauf, das Wasserbudget und die Niederschlagsstatistik von Stürme.[91] Ein Hydrometeorologe bereitet und gibt Prognosen für akkumulierende (quantitative) Niederschläge, starker Regen, starker Schnee und hebt Bereiche mit dem Potenzial für Sturzfluten hervor. Typischerweise überschneidet sich der Wissensumfang mit Klimatologie, mesoskaliger und synoptischer Meteorologie und anderen Geowissenschaften.[92]

Der multidisziplinäre Charakter der Niederlassung kann zu technischen Herausforderungen führen, da sich Tools und Lösungen aus jeder der beteiligten einzelnen Disziplinen geringfügig anders verhalten, für verschiedene Hard- und Softwareplattformen optimiert werden und unterschiedliche Datenformate verwenden. Es gibt einige Initiativen - wie das DRIHM -Projekt[93] - Die versuchen, dieses Problem anzugehen.[94]

Nuklearmeteorologie

Nukleare Meteorologie untersucht die Verteilung von radioaktiv Aerosole und Gase in der Atmosphäre.[95]

Maritime Meteorologie

Die maritime Meteorologie befasst sich mit Luft- und Wellenprognosen für Schiffe, die auf See tätig sind. Organisationen wie die Ozeanvorhersagezentrum, Honolulu Nationaler Wetterdienst Vorhersagebüro, Vereinigtes Königreich Met Office, und JMA Bereiten Sie hohe Seeprognosen für die Weltmeere vor.

Militärische Meteorologie

Militärische Meteorologie ist die Forschung und Anwendung der Meteorologie für Militär- Zwecke. In den Vereinigten Staaten die Marine der Vereinigten Staaten's Kommandant, Marine -Meteorologie und Ozeanographiekommando beaufsichtigt die meteorologischen Bemühungen für die Marine und Marine Corps während Luftwaffe der Vereinigten Staaten's Air Force Weather Agency ist verantwortlich für die Luftwaffe und Heer.

Umweltmeteorologie

Die Umweltmeteorologie analysiert hauptsächlich die industrielle Verschmutzungsdispersion physisch und chemisch, basierend auf meteorologischen Parametern wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wind und verschiedenen Wetterbedingungen.

Erneuerbare Energie

Meteorologische Anwendungen in erneuerbarer Energien umfassen Grundlagenforschung, "Exploration" und potenzielle Kartierung von Windkraft und Sonnenstrahlung für Wind- und Sonnenenergie.

Siehe auch

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Weitere Lektüre

Wörterbücher und Enzyklopädien

Geschichte

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Externe Links

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