Theoretische Meteorologie

1 Einführung und Definitionen.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Physikalische Größen und Einheiten.- 1.3 Vektor- und Tensornotation.- 2 Gase und Gasgemische.- 2.1 Thermodynamische Systeme.- 2.2 Ideale Gase.- 2.3 Reale Gase und Gasgemische.- 3 Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik.- 3.1 Innere Energie.- 3.2 Erster Hauptsatz und Enthalpie.- 3.3 Das Joulesche Gesetz.- 3.4 Spezifische Wärmen.- 3.5 Funktionale Zusammenhänge für Energie und Enthalpie.- 3.6 Zustandsänderungen.- 3.7 Adiabatische Zustandsänderungen.- 4 Wasserdampf in der Atmosphäre.- 4.1 Wasserdampf als ideales Gas.- 4.2 Feuchtemaße.- 4.3 Die Zustandsgleichung für das Gemisch feuchte Luft.- 4.4 Spezifische Wärmen für feuchte Luft.- 4.5 Heterogene Systeme.- 4.6 Latente Wärmen.- 4.7 Der Wasserdampfdruck bei Sättigung.- 5 Thermodynamische Prozesse in der Atmosphäre.- 5.1 Der thermodynamische Zustand der Atmosphäre.- 5.2 Zur diabatischen Wärmezufuhr ?Q.- 5.3 Zur Berücksichtigung der latenten Wärme L.- 5.4 Kondensation in der Atmosphäre.- 6 Der vertikale Aufbau der Atmosphäre.- 6.1 Das Geopotential.- 6.2 Die statische Grundgleichung.- 6.3 Der vertikale Temperaturgradient.- 6.4 Die statische Stabilität.- 6.5 Innere Energie und potentielle Energie in der Atmosphäre.- 7 Geschwindigkeitsfelder und deren Eigenschaften.- 7.1 Die Eulersche Zerlegung.- 7.2 Die Divergenz von Geschwindigkeitsfeldern.- 7.3 Die Vorticity.- 7.4 Die Deformation.- 7.5 Die Zirkulation eines Geschwindigkeitsfeldes.- 7.6 Die Stromfunktion.- 7.7 Das Geschwindigkeitspotential.- 7.8 Stromfunktion und Geschwindigkeitspotential.- 8 Die Kontinuitätsgleichung.- 8.1 Flüsse und Transporte.- 8.2 Die Kontinuitätsgleichung.- 8.3 Bodendrucktendenz und Kontinuitätsgleichung.- 9 Die Eulerschen Bewegungsgleichungen.- 9.1 Die Schwerkraft.- 9.2 DieDruckkraft.- 9.3 Zur Ursache von atmosphärischen Bewegungsvorgängen.- 9.4 Die Zentrifugalkraft und die Coriolis-Kraft.- 9.5 Die Bewegungsgleichungen im rotierenden System.- 9.6 Die Bewegungsgleichungen in Kugelkoordinaten.- 9.7 Die Bewegungsgleichungen im p-System.- 10 Der geostrophische Wind.- 10.1 Definition des geostrophischen Windes.- 10.2 Der thermische Wind.- 10.3 Geostrophischer und thermischer Wind im p-System.- 10.4 Barotrope und barokline Atmosphäre.- 10.5 Der zyklostrophische Wind.- 10.6 Skalenanalyse.- 11 Die Vorticitygleichung.- 11.1 Vorticitygleichung für eine zweidimensionale Strömung.- 11.2 Stromfunktion und Vorticitygleichung.- 11.3 Die Vorticitygleichung für eine dreidimensionale Strömung.- 11.4 Die linearisierte Vorticitygleichung.- 11.5 Die Zirkulationsgleichung.- 12 Gleichungen für atmosphärische Bewegungsvorgänge.- 12.1 Grundgleichungen.- 12.2 Gleichungen für synoptische Bewegungsvorgänge.- 12.3 Quasi-geostrophische Gleichungen.- 12.4 Die potentielle Vorticity.- 12.5 Energiegleichungen für eine reibungsfreie Atmosphäre.- 13 Wellen in der Atmosphäre.- 13.1 Periodische Bewegungen in der Atmosphäre: Wellen.- 13.2 Schallwellen.- 13.3 Schwerewellen.- 13.3.1 Externe Schwerewellen.- 13.3.2 Interne Schwerewellen.- 14 Instabilitäten und Zyklogenese.- 14.1 Stabilitätsanalyse.- 14.2 Barotrope Instabilität.- 14.3 Barokline Instabilität.- 14.4 Kleinräumige Instabilitäten.- 15 Einführende Bemerkungen zur Allgemeinen Atmosphärischen Zirkulation.- 15.1 Die Allgemeine Atmosphärische Zirkulation.- 16 Einführung in die numerische Wettervorhersage.- 16.1 Numerische Wettervorhersage.- 17 Bewegungsgleichungen mit Reibung.- 17.1 Oberflächenkräfte.- 17.2 Die Navier-Stokes-Gleichungen.- 17.3 Einfache Lösungen der Navier-Stokes-Gleichungen.-17.4 Die Boussinesq-Approximation.- 18 Die gemittelten Bewegungsgleichungen.- 18.1 Begriffe und Regeln zu Mittelbildungen.- 18.2 Die Reynolds-Gleichungen.- 18.3 Gradientansatz und Mischungsweg für turbulente Transporte.- 19 Kinetische Energie einer turbulenten Strömung.- 19.1 Gleichung für die gesamte kinetische Energie.- 19.2 Gleichung für die kinetische Energie der mittleren Strömung.- 19.3 Gleichung für die Turbulenzenergie.- 19.4 Maßzahlen für die Turbulenz.- 19.5 Mikro- und Makroturbulenz.- 20 Die atmosphärische Grenzschicht.- 20.1 Die Einteilung der atmosphärischen Grenzschicht.- 20.2 Die bodennahe Grenzschicht: Die Prandtl-Schicht.- 20.3 Das Windprofil in der Prandtl-Schicht.- 20.4 Das Windprofil bei diabatischer Schichtung.- 20.4.1 Erläuterungen zum allgemeinen Sprachgebrauch.- 20.4.2 Die Monin-Obukhov-Stabilitätslänge.- 20.4.3 Das Windprofil und der Diffusionskoeffizient.- 20.4.4 Die Profilfunktionen in der Prandtl-Schicht.- 20.5 Das Potenzprofil für die Windgeschwindigkeit.- 20.6 Das Temperaturprofil in der Prandtl-Schicht.- 20.6.1 Temperaturprofil und Profilfunktion.- 20.6.2 Die Profilmethode für turbulente Flüsse.- 20.7 Die atmosphärische Grenzschicht: Ekman-Schicht.- 20.7.1 Die Ekman-Spirale.- 20.8 Die Höhe der atmosphärischen Grenzschicht.- 20.9 Die turbulente Schubspannung in der Ekman-Schicht.- 20.10 Die Ekman-Spirale oberhalb einer Prandtl-Schicht.- 20.11 Grenzschicht-Modelle mit einem Mischungswegansatz.- 20.12 Die Wechselwirkung zwischen Grenzschicht und freier Atmosphäre.- 21 Die Ausbreitung von Substanzen in der Atmosphäre.- 21.1 Die Diffusionsgleichung.- 21.2 Die Konzentrationsverteilung für momentane Punktquellen.- 21.3 Konzentrationsverteilung für kontinuierliche Punktquellen.- 21.4 Die Konzentrationsverteilung alsGaußsche Normalverteilung.- 21.5 Diffusion unter Berücksichtigung des Erdbodens.- 21.6 Praktische Anwendung der Ausbreitungsrechnung.- Sachwortverzeichnis.