Meteorologie ( „Untersuchung der überirdischen Dinge“ oder „Untersuchung der Himmelskörper“) ist die Lehre der physikalischen und chemischen Vorgänge in der Atmosphäre und beinhaltet auch deren bekannteste Anwendungsgebiete – die Wettervorhersage und die Klimatologie, also die Wetterkunde.
Über die Atmosphärenphysik, die Klimaforschung und die Verbesserung der Methoden zur Wettervorhersage hinausgehend untersucht die Meteorologie also auch chemische Prozesse (z. B. Ozonbildung, Treibhausgase) in der Lufthülle und beobachtet atmosphärische Himmelserscheinungen. Sie wird zu den Geowissenschaften gezählt und ist an den Universitäten (siehe Meteorologiestudium) oft den Instituten für Geophysik bzw. der jeweiligen Fakultät für Physik angegliedert. Meteorologe ist kein geschützter Begriff und jeder, der sich mit dem Wetter beschäftigt, kann sich so nennen.
mini|Wetterkarte: Hoch- und Tiefdruckgebiet über dem Atlantik
Geschichte der Meteorologie Ursprünge Wetterbeobachtung war schon für die als Nomaden lebenden Menschen von Interesse, um die Wanderbewegungen der Beute- oder Herdentiere oder günstiges Wetter für längere Sammelausflüge einschätzen zu können. Beobachtung und Aufzeichnung des lokalen Wetters ist für Bauern eine wichtige Grundlage für grundlegende Entscheidungen, wenn es darum geht, wann man sät und wann man erntet. Je früher man sät, desto länger die mögliche Vegetationsperiode bis zur Ernte; bei früherem Säen drohen aber zugleich Einbußen durch Wettereinwirkungen auf die junge Saat. Je später man erntet, desto größer der Ertrag. Gleichwohl kann es besser sein, die Ernte etwas früher einzubringen, z. B. um sie vor einem nahenden Unwetter oder einer Schlechtwetterperiode in Sicherheit zu bringen
Meteorologische Beobachtungen unternahm auch der Naturforscher und Philosoph Theophrastos von Eresos im 3. Jahrhundert v. Chr.Ewald Wagner, Peter Steinmetz: Der syrische Auszug der Meteorologie des Theophrast (= Abhandlungen der geistes- und sozialwissenschaftlichen Klasse der Akademie der Wissenschaften und der Literatur in Mainz. Jahrgang 1964, Nr. 1).
Wetterbeobachtung und -forschung kann auch militärischen Zwecken dienen. Beispielsweise war für Seeschlachten eine zutreffende Prognose von Windrichtung und -stärke nützlich (manchmal sogar entscheidend).
Die Entdeckung Amerikas 1492 war der Auftakt für das Zeitalter der Entdeckungen. Der zunehmende interkontinentale Schiffsverkehr brachte viele neue Erkenntnisse über Wetterphänomene. Auf den Schiffen wurde das Wetter detailliert beobachtet und im Logbuch aufgezeichnet.
Frühe theoretische Ansätze lieferte Albertus Magnus: In seiner Abhandlung De natura locorum beschrieb er die Abhängigkeit der Eigenschaften eines Ortes von seiner geografischen Lage. Solche Ansätze wirkten weiter, zum Beispiel schrieb der Wiener Astronom Georg Tannstetter 1514 eine kurze Darlegung der theoretischen Klimatologie.Siegmund Günther: Geschichte der Erdkunde. Leipzig, Wien 1904, S. 116f.
Eine erste Revolution in der Wetterkunde setzte zwischen 1880 und 1900 ein, als die meteorologischen Dienste einzelner Staaten ihre Wetterdaten mittels drahtgebundener und drahtloser Telegrafie austauschen konnten und so ein zeitnaher Datenvergleich möglich wurde. Dadurch konnten erstmals synoptische Wetterkarten erscheinen. Basis dafür war die genaue Dokumentation in Beobachtungsbüchern oder -tabellen und die Erforschung statistischer Korrelationen.
20. Jahrhundert Nach der Erfindung von Luftfahrzeugen (die erste Montgolfière fuhr 1783) konnte man mit Wetterballonen das Wetter in den unteren Luftschichten besser erforschen (siehe auch Chronologie der Luftfahrt).
Seit der Erfindung des Motorflugs in den 1900er Jahren nahm die Bedeutung der Wetterforschung zu. Flugzeuge wurden zu wichtigen Forschungsgegenständen, mit denen man Wetter (z. B. „Wolken von oben“) großräumig beobachten bzw. fotografieren und Wetterdaten messen konnte. Mit dem Ersten Weltkrieg entwickelte sich die Flugzeugtechnik enorm weiter (z. B. maximale Flughöhe, Reichweite, Geschwindigkeit).
Im Zweiten Weltkrieg wurde das in den 1930er Jahren entwickelte Radar eingesetzt. Spezielle Wetterradare ermöglichte die Gewinnung neuartiger Wetterbeobachtungsdaten (auch bei Nacht und Nebel). So unterhielt die Wehrmacht von 1941 bis 1945 Wetterstationen in der Arktis.
Bald nach dem Krieg begann der Kalte Krieg; er dauerte bis 1990 (Zerfall der Sowjetunion und des Ostblocks). Viele Länder unternahmen große Anstrengungen zur Erforschung des Wetters (z. B. das US-Projekt „Thunderstorm“). Außerdem entwickelte und baute man Aufklärungsflugzeuge, die so hoch fliegen konnten, dass sie damals von gegnerischen Bodenraketen nicht erreicht werden konnten. Das Spionageflugzeug Lockheed SR-71 hatte eine Dienstgipfelhöhe von 24.385 Metern.
Die Wetterforschung in großen Höhen diente vor allem der Raumfahrt, insbesondere der bemannten Raumfahrt (siehe auch der Wettlauf ins Weltall im Kalten Krieg) und der Entwicklung von Interkontinentalraketen.
Ein wesentlicher Meilenstein für die Wetterforschung war der Einsatz von Wettersatelliten. Der erste wurde 1960 gestartet. Von 1960 bis 1966 starteten die USA insgesamt 10 TIROS-Satelliten. Von 1968 bis 1978 starteten sie acht (davon ein Fehlstart) NIMBUS-Satelliten. Sie hatten auch Infrarotkameras an Bord. Damit kann man – auch nachts – Wetterphänomene (z. B. Wolken) filmen und quantifizieren, wie viel Wärme erwärmte Teile der Erdoberfläche (Landmassen, in geringem Maße auch Wasserflächen) nachts ins Weltall abstrahlen (siehe Erde#Globaler Energiehaushalt). Die Satellitenmeteorologie gilt als eigenständiges Teilgebiet der Meteorologie.
Bekannte Wetterforscher waren z. B. Karl Ludwig Gronau (1742–1826) Wilhelm Jacob van Bebber (1841–1909) Ludwig Friedrich Kämtz (1801–1867) Karl Schneider-Carius (1896–1959)
21. Jahrhundert Einen Quantensprung in der Wettervorhersage ermöglichen die rasanten Fortschritte in der Elektronischen Datenverarbeitung (auch EDV oder IT genannt) und die schnell wachsende Rechenleistung. Immer größere Datenmengen von immer mehr Messstationen werden verarbeitet. Die komplexen Algorithmen und Modelle, nach denen sie ausgewertet werden, erfordern leistungsstarke Rechenanlagen. Dadurch werden die Vorhersagen präziser und auch detaillierter in ihrer lokalen Auflösung.SZ vom 24. September 2015: Ein Supercomputer für das WetterDWD Forschung Kompositerstellung – abgerufen am 12. April 2016news.at vom 17. September 2007 Quantensprung für die Wettervorhersage: Neuer Supercomputer zehnmal schneller – abgerufen am 12. April 2016
Allgemeines mini|Skalendiagramm typischer atmosphärischer Bewegungsformen
Zwar ist der Hauptfokus der Meteorologie auf die großskaligen dynamischen Prozesse innerhalb der heutigen Erdatmosphäre gerichtet, jedoch sind die im Rahmen eines besseren Verständnisses der Wetterdynamik entwickelten Modellvorstellungen desselben auch auf andere Systeme übertragbar.
Man zählt daher auch begrenzte Raumklimate bzw. Stadtklimate, extraterrestrische Atmosphären oder Atmosphären vergangener Erdzeitalter (Paläoklimatologie) zu den Studienobjekten der Meteorologie. Diese spielen jedoch meist nur in der Forschung eine größere Rolle, wo sie auch teilweise als „Spielwiese“ zur Verbesserung derjenigen Modelle dienen, die auch die derzeitige Erdatmosphäre beschreiben. Man versucht daher, durch genaue Beobachtungen der Erdatmosphäre eine gesicherte Datengrundlage auszubilden und gleichzeitig diese Daten für die Schaffung eines immer besseren Verständnisses meteorologischer Prozesse heranzuziehen.Prozess = gerichteter Ablauf eines Geschehens. Man unterscheidet deterministische und stochastische Prozesse
Viele Methoden, Herangehensweisen und Ideen der dynamischen Meteorologie entspringen der allgemeinen Fluiddynamik und finden weitere Anwendung in Meereskunde, Geophysik und Ingenieurwissenschaft sowie in fast allen Umweltwissenschaften.
Die Meteorologie ist – abgesehen von der Wetterbeobachtung (Wetterkunde) – eine junge Wissenschaft. Sie besitzt einen außerordentlich interdisziplinären Anspruch, vereint also sehr viele verschiedene Wissenschaften in sich. Wissenschaftliche Fachgebiete, die von der Meteorologie genutzt oder berührt werden, sind: Physik (Fluiddynamik, Thermodynamik, Elektromagnetismus, Optik) Mathematik (Numerik, partielle Differentialgleichungen, Funktionalanalysis, Lineare Algebra) Informatik (Programmiersprachen, Algorithmik, Behandlung großer Datenmengen, Just-in-time-Verfahren, Visualisierung) Chemie (Ozonchemie, Stickstoffchemie, Kohlenstoffchemie) Geowissenschaften (Klimatologie, Paläoklimatologie, Glaziologie) Biologie (Climate Impact, Einfluss von Bewuchs auf Wetter/Klima)
Die Meteorologie lässt sich nach verschiedenen Richtungen unterteilen, wobei sich einige von ihnen stark überschneiden. + Teilgebiete nach Verfahren nach räumlichen Gegebenheiten nach angewandten Techniken allgemeine Meteorologie Aerologie Satellitenmeteorologie theoretische Meteorologie Aeronomie Radar-Meteorologie dynamische MeteorologieFrank Schmidt: Dynamische Meteorologie – Eine spektrale Werkstatt. 1. Auflage. Springer–Spektrum, München, 2016 Grenzschicht-Meteorologie LIDAR-Meteorologie experimentelle Meteorologie Mikrometeorologie angewandte Meteorologie Agrarmeteorologie Biometeorologie Energiemeteorologie Flugmeteorologie Hydrometeorologie synoptische Meteorologie technische Meteorologie
Maritime Meteorologie Alpine Meteorologie Glaziale Meteorologie Polare Meteorologie Mittelbreiten-Meteorologie Tropische Meteorologie
Diese Zusammenstellung ist nicht vollständig. Insbesondere beschäftigt sich die Meteorologie nicht nur mit der Troposphäre, also der untersten Schicht der Atmosphäre, sondern auch mit Stratosphäre und in beschränktem Umfang sogar mit Mesosphäre und Thermosphäre.
Datenquellen und Datenqualität Die wichtigste Aufgabe und zugleich das größte Problem der Meteorologie als empirischer Wissenschaft besteht in der Erfassung, Bearbeitung und insbesondere in der Bewertung und dem Vergleich von Daten. Im Unterschied zu anderen Naturwissenschaften kann man in der Meteorologie dabei nur für eine kleine Minderheit von Fragestellungen kontrollierbare Laborbedingungen herstellen. Meteorologische Datenerfassung ist daher in der Regel an die von der Natur vorgegebenen Rahmenbedingungen geknüpft, was die Reproduzierbarkeit von Messergebnissen einschränkt und insbesondere den Reduktionismus auf geschlossene, durch eine Messung beantwortbare, Fragestellungen erschwert.
mini|Anordnung der Wetterdaten
Die wichtigsten Grundgrößen sind: Albedo Bewölkung Globalstrahlung Luftdichte Luftdruck Luftfeuchtigkeit (Taupunkt) Lufttemperatur Niederschlagsart Niederschlagsmenge Sichtweite Windgeschwindigkeit als Vektor (horizontal und vertikal) oder als Windrichtung bzw. Hauptwindrichtung und Windstärke (phänomenologisch)
Viele dieser Messwerte werden in Klimagärten erhoben.
Diese Größen werden in verschiedenen Standardformaten zum Datenaustausch bereitgestellt. In der Luftfahrt wird beispielsweise der Meteorological Aviation Routine Weather Report (METAR)-Code genutzt, für die Übertragung meteorologischer Daten von Landstationen der SYNOP FM12/13-Code, auf See gewonnene Daten werden mit dem Ship-Code verschlüsselt. Zur Klassifizierung der Ausprägung eines Parameters können unterschiedliche Hilfsmittel eingesetzt werden, für Wind beispielsweise kann die Beaufortskala oder die Sichtmarkentabelle einer Wetterstation dienen. Meteorologische Daten werden abhängig vom jeweiligen Status einer Wetterstation im Messnetz (als Klimastation, Niederschlagsmessstation oder synoptische Station) stündlich oder 2 bis 3 Mal am Tag (um 7 und 19 Uhr oder um 7, 12 und 19 Uhr) gewonnen und international ausgetauscht sowie national verarbeitet. Die Daten werden durch eine Vielzahl von meteorologischen Messgeräten erfasst, wobei die folgende Aufzählung nur die wichtigsten Beispiele aus dieser Vielfalt auflistet: