Dynamische Meteorologie: Eine Spektrale Werkstatt

ISBN-13: 9783662505281 / Niemiecki / Miękka / 2016 / 328 str.

Frank Schmidt

Opis

Wie Frank Schmidt in diesem Lehrbuch zeigt, ist Meteorologie noch mehr als ein Handwerk Angesichts der groen Familie nationaler und groerraumiger Vorhersagemodelle mit Modulen und Parametern, offen fur aktuelle Messungen, und angesichts des technologischen Fortschritts mit Radar- und Satellitenbeobachtung konnte man das fast vergessen haben.Tatsachlich zeigt die Dynamik, das Herz der Modelle, bei sensiblen Abschatzungen und Feinabstimmungen solcher Modelle erstaunlich variierende Ergebnisse. Es existiert eine Vielfalt zu uberdenkender Zusammenhange und auszulotender Grenzen, und das selbst schon im Grundlegenden und Linearen. Das wird durch nichts so anschaulich dargestellt wie durch spektrale Methoden.
Zunachst werden grundlegende dynamische Gleichungen quasi axiomatisch gegeben und dann fur verschiedene Groenordnungen der Bewegung dynamische Aquivalenzklassen definiert, die meteorologischen Modelle.
Kugelflachenfunktionen werden elementar als Polynome der spharischen Polarkoordinaten eingefuhrt und die globalen dynamischen Operationen als Rekursionen dieser Polynome identifiziert. Damit wird die spharische Symmetrie per definitionem respektiert, insbesondere auch eingebettet in den Torus oder mit regional erhohter Auflosung. Angefangen bei diesen globalen Symmetrien gilt es auch zu arbeiten mit der vertikalen Struktur, mit Eigenschwingungen bei variierenden Modellen, Schichtungen, Randstrukturen und Anregungen. Bei Uberlappung von Rossby- und Schwerewellen treten Instabilitaten auf. Adaptationen von Frequenzen ergeben sich auflosungsabhangig. Barokline Instabilitat erscheint von der synoptischen Skala bis in kleinste Skalen fortgesetzt, soweit das Modell tragt.
Kaum bewusst gewordene Instabilitaten und unerwunschte Dampfungen finden sich bei etablierten Zeititerationen, Defizite fur Lorenz'sche "Klimaprognosen." Bekannte statistische Verfahren der Analyse entpuppen sich als Strukturen von aufregend vielfach uberlagerten Mannigfaltigkeiten. Hochste Effizienz der Prognose wird elementar realisiert.

Spis treści

Grundlegende Gleichungen und ihre Bilanzstruktur.- Übersicht über Größenordnungen, Wechselwirkungen und die Sondierung dynamischer Strukturen.- Koordinaten.- Spezielle Modelle der Atmosphäre in mittleren Breiten.- Globale Strukturen und spektrale Dynamik.- Wellen und Instabilitäten.- Numerische Ansätze zur Lösung prognostischer Gleichungen.- Zur allgemeinen atmosphärischen Zirkulation.- Literaturhinweise.- Sachverzeichnis.

O autorze

Prof. em. Frank Schmidt, Ludwig Maximilians Universität München

Blurb

Wie Frank Schmidt in diesem Lehrbuch zeigt, ist Meteorologie noch mehr als ein Handwerk! Angesichts der großen Familie nationaler und größerräumiger Vorhersagemodelle mit Modulen und Parametern, offen für aktuelle Messungen, und angesichts des technologischen Fortschritts mit Radar- und Satellitenbeobachtung könnte man das fast vergessen haben.

Tatsächlich zeigt die Dynamik, das Herz der Modelle, bei sensiblen Abschätzungen und Feinabstimmungen solcher Modelle erstaunlich variierende Ergebnisse. Es existiert eine Vielfalt zu überdenkender Zusammenhänge und auszulotender Grenzen, und das selbst schon im Grundlegenden und Linearen. Das wird durch nichts so anschaulich dargestellt wie durch spektrale Methoden.

Zunächst werden grundlegende dynamische Gleichungen quasi axiomatisch gegeben und dann für verschiedene Größenordnungen der Bewegung dynamische Äquivalenzklassen definiert, die meteorologischen Modelle.

Kugelflächenfunktionen werden elementar als Polynome der sphärischen Polarkoordinaten eingeführt und die globalen dynamischen Operationen als Rekursionen dieser Polynome identifiziert. Damit wird die sphärische Symmetrie per definitionem respektiert, insbesondere auch eingebettet in den Torus oder mit regional erhöhter Auflösung. Angefangen bei diesen globalen Symmetrien gilt es auch zu arbeiten mit der vertikalen Struktur, mit Eigenschwingungen bei variierenden Modellen, Schichtungen, Randstrukturen und Anregungen. Bei Überlappung von Rossby- und Schwerewellen treten Instabilitäten auf. Adaptationen von Frequenzen ergeben sich auflösungsabhängig. Barokline Instabilität erscheint von der synoptischen Skala bis in kleinste Skalen fortgesetzt, soweit das Modell trägt.

Kaum bewusst gewordene Instabilitäten und unerwünschte Dämpfungen finden sich bei etablierten Zeititerationen, Defizite für Lorenz’sche „Klimaprognosen“. Bekannte statistische Verfahren der Analyse entpuppen sich als Strukturen von aufregend vielfach überlagerten Mannigfaltigkeiten. Höchste Effizienz der Prognose wird elementar realisiert.

Der Autor:

Prof. Dr. Frank Schmidt studierte Mathematik bei F. Hirzebruch. Seine Stationen als Professor für Theoretische Meteorologie waren die TU Hannover und die LMU München. Hervorzuheben sind seine Aufenthalte an der McGill, am NCAR, auch eine Kooperation mit Beijing zum Monsun.