Signatur:
AWI A5-13-0151
Beschreibung / Inhaltsverzeichnis:
Mit der Dynamik von Wind und Wellen, mit dem Haushalt von Wärme und Wasser befasst sich die theoretische Meteorologie. Viele Studierende haben eine Scheu vor dem Fach, weil sie die Mathematik fürchten. Aber jeder, der sich für Meteorologie und Wetter interessiert, weiß im Grunde: ohne Mathematik (und ein bisschen theoretische Physik) geht es nicht. Etliche Formeln muss man sich merken, und man muss mit ihnen arbeiten können. Michael Hantel führt interessierte LeserInnen hin zu den eigentlichen Begriffen, die hinter den Formeln stehen. Diese Begriffswelt in neuer Frische darzustellen ist sein Anliegen. Statt Übungsaufgaben bietet der Autor vorgerechnete Abschätzungen, die das Verstehen des Faches erleichtern. Das Buch ist gegliedert in die Abschnitte Strahlung, Thermodynamik, Hydrodynamik, barotrope Prozesse, Grenzschicht, barokline Prozesse und globale Haushalte. Es bietet ein Gesamtbild der theoretischen Meteorologie auf dem Niveau des Bachelor-Studienganges, und es kann auch als Grundlage für eine vertiefte Beschäftigung mit der Atmosphäre und dem Klima dienen.
Materialart:
Monographie ausleihbar
Seiten:
XVIII, 430 S. : graph. Darst., Kt.
ISBN:
9783827430557
Sprache:
Deutsch
Anmerkung:
Inhaltsverzeichnis: I STRAHLUNG. - 1 Allgemeine Strahlungsgesetze. - 1.1 Grundbegriffe. - 1.1.1 Strahlungsfluss und Strahldichte. - 1.1.2 Das Lambertsche Gesetz. - 1.1.3 Vektor der Strahlungsflussdichte. - 1.1.4 Energiedichte. - 1.1.5 Strahlungsheizung und -kühlung. - 1.1.6 Das Spektrum. - 1.2 Gesetze der thermischen Strahlung. - 1.2.1 Kirchhoffsches Gesetz. - 1.2.2 Das Stefan-Boltzmannsche Strahlungsgesetz. - 1.2.3 Das Plancksche Strahlungsgesetz. - 1.2.4 Solare und terrestrische Strahlung. - 1.2.5 Treibhauseffekt. - 1.3 Wechselwirkung von Strahlung und Materie. - 1.3.1 Der optische Weg. - 1.3.2 Das Beersche Gesetz. - 1.3.3 Absorption und Streuung. - 1.4 Die Strahlungsübertragungsgleichung (SÜG). - 1.4.1 SÜG im Weltraum. - 1.4.2 SÜG im Medium ,aber ohne Strahlungsquelle. - 1.4.3 SÜG im Medium mit konstanter Strahlungsquelle. - 1.4.4 Allgemeine SÜG mit variabler Quelle. - 1.4.5 Optisch dichtes Medium. - 1.4.6 Die Strahlungsheizung. - 2 Terrestrische Strahlung. - 2.1 Die planparallele Atmosphäre. - 2.2 Berechnung des optischen Weges. - 2.3 Berechnung der Strahldichte. - 2.4 Berechnung des Flusses. - 2.5 Mathematischer Exkurs: Das Exponentialintegral. - 2.6 Das Konzept der Transmissionsfunktion. - 2.7 Das Konzept der Absorbermasse. - 2.8 Die Goodyschen Flussformeln. - 3 Solare Strahlung. - 3.1 Die SÜG mit Streuung. - 3.2 Die Phasenfunktion. - 3.3 Rayleigh-Streuung. - 3.4 Mikroprozesse. - 4 Die Strahlung als Komponente der atmosphärischen Dynamik. - 4.1 Fernerkundung. - 4.2 Das strahlungskonvektive Gleichgewicht der Atmosphäre. - II THERMODYNAMIK. - 5 Hydrostatik von Geofluiden. - 5.1 Zustandsgrößen. - 5.1.1 Masse, Menge, Teilchenzahl. - 5.1.2 Der Druck. - 5.1.3 Die Temperatur. - 5.2 Die Zustandsgleichung idealer Gase. - 5.2.1 Die universelle Gasgleichung. - 5.2.2 Individuelle Gasgleichungen. - 5.2.3 Gasgemische. - 5.2.4 Die virtuelle Temperatur. - 5.3 Zustandsgleichung für Flüssigkeiten und Festkörper. - 5.4 Das Geopotenzial. - 5.5 Die hydrostatische Gleichung. - 5.6 Die barometrische Höhenformel. - 5.6.1 Isotherme Atmosphäre. - 5.6.2 Polytrope Atmosphäre. - 5.7 Zustandsgrößen des Wassers in der Atmosphäre. - 6 Elementare Thermodynamik. - 6.1 Das Energieprinzip. - 6.2 Grundformen der Energie. - 6.2.1 Mechanische Energie. - 6.2.2 Chemische Energie. - 6.2.3 Der Übergang zur Thermodynamik: Wärme. - 6.3 Das Prinzip der Energieumwandlungen. - 6.3.1 Die Gibbssche Form. - 6.3.2 Prozesse und Zustandsänderungen. - 6.4 Homogene Systeme. - 6.4.1 Spezifische Größen. - 6.4.2 Homogenität der Energie. - 6.5 Thermodynamische Funktionen. - 6.5.1 Die Enthalpie. - 6.5.2 Thermodynamische Potenziale. - 6.6 Spezifische Wärmekapazitäten von Gasen. - 6.6.1 Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen. - 6.6.2 Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck. - 6.6.3 Zusammenhang zwischen den Wärmekapazitäten. - 6.7 Zustandsänderungen von Gasen. - 6.8 Wärme und Entropie. - 6.8.1 Die potenzielle Temperatur. - 6.8.2 Der Föhneffekt. - 6.8.3 Die Poisson-Gleichung. - 6.8.4 Isentroper Temperaturgradient. - 6.8.5 Zustandsänderungen idealer Gase. - 6.8.6 Entropiezufuhr beim Heizen. - 6.8.7 Die Heizung der Atmosphäre. - 6.8.8 Isentrop, adiabatisch, reversibel. - 6.8.9 Entropiezunahme bei Temperaturausgleich. - 6.9 Chemische Energie. - 6.9.1 Das chemische Potenzial. - 6.9.2 Phasenübergänge im Gleichgewicht: Die Verdampfungsenthalpie. - 6.9.3 Die Clausius-Clapeyronsche Gleichung. - 6.10 Latente Wärme. - 6.10.1 Enthalpie feuchter Luft. - 6.10.2 Die äquivalentpotenzielle Temperatur. - III HYDRODYNAMIK. - 7 Erhaltung des Impulses. - 7.1 Die Kraft als Ursache der Bewegung. - 7.2 Der Geopotenzialgradient. - 7.3 Der Druckgradient. - 7.4 Reibungskräfte. - 7.4.1 Scherungskräfte. - 7.4.2 Normalkräfte. - 7.4.3 Gesamte Reibungskraft. - 7.5 Gesamte Kraftwirkung: Bewegungsgleichungen. - 7.5.1 Die Eulersche Gleichung. - 7.5.2 Die Navier-Stokessche Gleichung. - 8 Fluidkinematik. - 8.1 Trajektorien und Stromlinien. - 8.2 Die Bewegungsgleichungen bei starrer Rotation. - 8.2.1 Transformation der Zeitableitung bei starrer Rotation. - 8.2.2 Die Eulerschen Gleichungen im starr rotierenden System. - 8.3 Die hydrostatischen Bewegungsgleichungen. - 8.3.1 2D-Bewegungsgleichungen in z-Koordinaten. - 8.3.2 Vorgriff: Transformation auf Druckkoordinaten. - 8.3.3 2D-Bewegungsgleichungen in p-Koordinaten. - 8.3.4 Natürliche Horizontalkoordinaten. - 8.3.5 2D-Bewegungsgleichungen in natürlichen Koordinaten. - 8.4 Der geostrophische Wind. - 8.5 Der Gradientwind. - 8.6 Kinematische Größen des Strömungsfelds. - 8.6.1 Die Divergenz. - 8.6.2 Die Vorticity. - 8.6.3 Spezielle Strömungsfelder. - 8.7 f-Ebene und ß-Ebene. - 9 Die Kontinuitätsgleichung. - 9.1 Die Kontinuitätsgleichung. - 9.1.1 Fluidvolumen und Divergenz. - 9.1.2 Die Funktionaldeterminante. - 9.2 Generalisierte Koordinaten. - 9.2.1 Einführung in die generalisierten Koordinaten. - 9.2.2 Das Differenzial und die Zeitableitung. - 9.2.3 Der Operator der totalen Zeitableitung. - 9.2.4 Die advektive Zeitableitung. - 9.3 Die fluiddynamische Kontinuitätsgleichung. - 9.4 Die Divergenz in verschiedenen Koordinatensystemen. - 9.4.1 Kugelkoordinaten. - 9.4.2 Rotierende Kugelkoordinaten. - 9.4.3 Geofluidkoordinaten. - 9.4.4 Hydrostatische Vertikalkoordinaten. - 10 Erhaltung der Masse. - 10.1 Globale Massenerhaltung. - 10.2 Massenerhaltung aus lokaler Sicht. - 10.2.1 Die Erhaltung von Autos, Bällen und Kugeln. - 10.2.2 Die Massenkontinuitätsgleichung. - 10.3 Die Massenflussdichte. - 10.4 Die generalisierte Massenkontinuitätsgleichung. - 10.5 Die Massenkontinuitätsgleichung für hydrostatische Koordinaten. - 11 Erhaltung der Energie. - 11.1 Globale Energieerhaltung. - 11.2 Ideale Fluide (mit Potenzial). - 11.2.1 Die Gleichung für die mechanische Energie. - 11.2.2 Die Gleichung für die innere Energie. - 11.2.3 Austausch zwischen mechanischer und innerer Energie. - 11.2.4 Der lokale Energiesatz für ideale Fluide. - 11.3 Reale Fluide. - 11.3.1 Innere Reibung. - 11.3.2 Der lokale Energiesatz für reale Fluide. - 11.4 Erzeugung von Entropie. - 11.4.1 Dissipation. - 11.4.2 Wärmeleitung. - 11.5 Haushaltsgleichungen von Energie und Entropie. - 11.6 Energie- und Entropiehaushalt feuchter Luft. - 12 Transformation der Bewegungsgleichungen. - 12.1 Die Euler-Lagrange-Gleichungen. - 12.2 Kugelkoordinaten A*, Phi*, R*. - 12.3 Rotierende Kugelkoordinaten. - 12.3.1 Zonale Bewegungsgleichung. - 12.3.2 Meridionale Bewegungsgleichung. - 12.3.3 Vertikale Bewegungsgleichung. - 12.3.4 Die Bewegungsgleichungen in Kugelkoordinaten. - 12.4 Was sind Scheinkräfte?. - 12.5 Flachgeofluide. - 12.6 Hydrostatische Koordinaten. - 12.6.1 Die Metrik in hydrostatischen Koordinaten. - 12.6.2 Spezialfall: Kartesische Koordinaten. - 12.6.3 Spezialfall: Druckkoordinaten. - 12.6.4 Spezialfall: Isentrope Koordinaten. - 12.6.5 Wahl der Gleichungen. - IV BAROTROPE PROZESSE. - 13 Elementare Wellentheorie. - 13.1 Schwingungen der ruhenden Atmosphäre. - 13.1.1 Potenzielle Temperatur und potenzielle Dichte. - 13.1.2 Auftriebsschwingungen und statische Stabilität. - 13.2 Darstellung harmonischer Wellen. - 13.2.1 Parameter einer harmonischen Welle. - 13.2.2 Die eindimensionale Wellengleichung. - 13.2.3 Die räumliche Welle. - 13.2.4 Instabilität. - 13.2.5 Dispersion. - 13.3 Oberflächenwellen. - 13.3.1 Gleichungen im Vertikalschnitt. - 13.3.2 Randbedingungen. - 13.3.3 Der horizontale Druckgradient. - 13.3.4 Linearisierung. - 13.3.5 Die Phasengeschwindigkeit von Oberflächenwellen. - 13.4 Interne Wellen. - 14 Das Flachwassermodell (FWM). - 14.1 Barotropie. - 14.1.1 Vertikale Konstanz der horizontalen Druckbeschleunigung. - 14.1.2 Vertikale Konstanz des Horizontalwindes. - 14.1.3 Isotherme und isentrope Atmosphäre. - 14.1.4 Barotropie und Zweidimensionalität. - 14.2 Das barotrope FWM. - 14.2.1 Hydrostasie. - 14.2.2 Horizontale Druckbeschleunigung. - 14.2.3 Horizontale Bewegungsgleichungen. - 14.2.4 Massenerhaltung. - 14.2.5 Die Gleichungen für das FWM. - 14.3 Die Vorticity-Gleichungen. - 14.3.1 Die dynamisch äquivalente Beta-Ebene
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