Meteorologie (Deutsch)

Die Fähigkeit, Regenfälle und Überschwemmungen basierend auf Jahreszyklen vorherzusagen, wurde offensichtlich von Menschen zumindest ab dem Zeitpunkt der landwirtschaftlichen Besiedlung verwendet, wenn nicht früher. Frühe Ansätze zur Vorhersage des Wetters basierten auf Astrologie und wurden von Priestern praktiziert. Keilschrift Inschriften auf babylonischen Tafeln enthalten Assoziationen zwischen Donner und Regen. Die Chaldäer unterschieden die 22° und 46° Halos.

Alte indische Upanishaden enthalten Erwähnungen von Wolken und Jahreszeiten., Der Samaveda erwähnt Opfer, die ausgeführt werden müssen, wenn bestimmte Phänomene bemerkt wurden. Varāhamihiras klassisches Werk Brihatsamhita, das um 500 n. Chr. geschrieben wurde, liefert Beweise für die Wetterbeobachtung.

Im Jahr 350 v. Chr. schrieb Aristoteles Meteorologie. Aristoteles gilt als Begründer der Meteorologie. Eine der beeindruckendsten Errungenschaften, die in der Meteorologie beschrieben werden, ist die Beschreibung des heutigen hydrologischen Zyklus.,

Das Buch De Mundo (komponiert vor 250 v. Chr. oder zwischen 350 und 200 v. Chr.) bemerkte:

Wenn der blinkende Körper in Brand gesetzt wird und heftig auf die Erde stürzt, wird er Blitz genannt; wenn es nur die Hälfte des Feuers ist, aber auch heftig und massiv, wird es Meteor genannt; wenn es völlig frei von Feuer ist, wird es rauchender Bolzen genannt. Sie werden alle „Swooping Bolts“ genannt, weil sie auf die Erde stürzen. Blitz ist manchmal rauchig, und wird dann als“ schwelender Blitz“; manchmal darts es schnell entlang, und wird dann gesagt, lebendig zu sein., Zu anderen Zeiten bewegt es sich in krummen Linien und wird gegabelter Blitz genannt. Wenn es auf ein Objekt stürzt, wird es „Swooping Lightning“ genannt.

Der griechische Wissenschaftler Theophrastus hat ein Buch über die Wettervorhersage zusammengestellt, das Buch der Zeichen. Die Arbeit von Theophrastus blieb fast 2.000 Jahre lang ein dominierender Einfluss auf das Studium des Wetters und der Wettervorhersage. Im Jahr 25 n. Chr. formalisierte Pomponius Mela, ein Geograph für das Römische Reich, das Klimazonensystem., Laut Toufic Fahd schrieb Al-Dinawari um das 9. Jahrhundert das Kitab al-Nabat (Buch der Pflanzen), in dem er sich mit der Anwendung der Meteorologie auf die Landwirtschaft während der muslimischen Agrarrevolution befasst. Er beschreibt den meteorologischen Charakter des Himmels, die Planeten und Sternbilder, die Sonne und den Mond, die Mondphasen, die Jahreszeiten und Regen anzeigen, die Anwa (Himmelskörper des Regens) und atmosphärische Phänomene wie Winde, Donner, Blitz, Schnee, Überschwemmungen, Täler, Flüsse, Seen.,

Frühe Versuche, Wetter vorherzusagen, standen oft im Zusammenhang mit Prophezeiung und Weissagung und basierten manchmal auf astrologischen Ideen. Admiral FitzRoy versuchte, wissenschaftliche Ansätze von prophetischen zu trennen.

Erforschung visueller atmosphärischer Phänomenedit

Ptolemäus schrieb über die atmosphärische Lichtbrechung im Kontext astronomischer Beobachtungen., Im Jahr 1021 zeigte Alhazen, dass atmosphärische Brechung auch für die Dämmerung verantwortlich ist; Er schätzte, dass die Dämmerung beginnt, wenn die Sonne 19 Grad unter dem Horizont ist, und verwendete auch eine darauf basierende geometrische Bestimmung, um die maximal mögliche Höhe der Erdatmosphäre als 52.000 passim (etwa 49 Meilen oder 79 km) zu schätzen.

St. Albert der Große war der erste, der vorschlug, dass jeder Tropfen fallenden Regens die Form einer kleinen Kugel hatte und dass diese Form bedeutete, dass der Regenbogen durch Licht erzeugt wurde, das mit jedem Regentropfen interagierte., 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. Jahrhundert waren Kamāl al-Dīn al-Fārisī und Theodoric von Freiberg die ersten, die die richtigen Erklärungen für das primäre Regenbogenphänomen gaben. Theoderic ging noch weiter und erklärte auch den sekundären Regenbogen. Im Jahr 1716 schlug Edmund Halley vor, dass Auroren durch „magnetische Abwässer“ verursacht werden, die sich entlang der Erdmagnetfeldlinien bewegen.,

Instrumente und Klassifikationsskalenedit

1441 erfand König Sejons Sohn Prinz Munjong von Korea das erste standardisierte Regenmessgerät. Diese wurden in der gesamten Joseon-Dynastie Koreas als offizielles Instrument zur Bewertung der Landsteuern auf der Grundlage der potenziellen Ernte eines Bauern geschickt. Im Jahr 1450 entwickelte Leone Battista Alberti ein Schwingplattenanemometer und wurde als erstes Anemometer bezeichnet., 1607 konstruierte Galileo Galilei ein Thermoskop. 1611 schrieb Johannes Kepler die erste wissenschaftliche Abhandlung über Schneekristalle: „Strena Seu de Nive Sexangula (Ein Neujahrsgeschenk des sechseckigen Schnees).“1643 erfand Evangelista Torricelli das Quecksilberbarometer. Im Jahr 1662 erfand Sir Christopher Wren das mechanische, selbstentleerende Kippeimer-Regenmessgerät. Im Jahr 1714 schuf Gabriel Fahrenheit eine zuverlässige Skala zur Temperaturmessung mit einem Quecksilberthermometer., Im Jahr 1742 schlug Anders Celsius, ein schwedischer Astronom, die Temperaturskala „Celsius“ vor, den Vorgänger der aktuellen Celsius-Skala. 1783 wurde das erste Haarhygrometer von Horace-Bénédict de Saussure demonstriert. In den Jahren 1802-1803 schrieb Luke Howard Über die Modifikation von Wolken, in denen er Wolkentypen lateinische Namen zuweist. 1806 stellte Francis Beaufort sein System zur Klassifizierung von Windgeschwindigkeiten vor. Jahrhunderts wurden die ersten Wolkenatlanten veröffentlicht, darunter der Internationale Wolkenatlas, der seitdem in gedruckter Form vorliegt., Der Start des ersten erfolgreichen Wettersatelliten TIROS-1 im April 1960 markierte den Beginn des Zeitalters, in dem Wetterinformationen weltweit verfügbar wurden.

Atmosphärische Zusammensetzung Forschungedit

Im Jahr 1648 entdeckte Blaise Pascal wieder, dass der atmosphärische Druck mit der Höhe abnimmt, und folgerte, dass es ein Vakuum über der Atmosphäre gibt. Im Jahr 1738 veröffentlichte Daniel Bernoulli Hydrodynamik, initiierte die Kinetische Theorie der Gase und etablierte die Grundgesetze für die Theorie der Gase., Im Jahr 1761 entdeckte Joseph Black, dass Eis Wärme absorbiert, ohne seine Temperatur beim Schmelzen zu ändern. Im Jahr 1772 entdeckte Blacks Schüler Daniel Rutherford Stickstoff, den er phlogistizierte Luft nannte, und zusammen entwickelten sie die Phlogiston-Theorie. 1777 entdeckte Antoine Lavoisier Sauerstoff und entwickelte eine Erklärung für die Verbrennung. In Lavoisiers Essay „Reflexions sur le phlogistique“ (1783) verwarf er die Phlogiston-Theorie und schlug eine Kalorientheorie vor., Im Jahr 1804 beobachtete Sir John Leslie, dass eine mattschwarze Oberfläche Wärme effektiver ausstrahlt als eine polierte Oberfläche, was auf die Bedeutung der Schwarzkörperstrahlung hindeutet. Im Jahr 1808 verteidigte John Dalton die Kalorientheorie in einem neuen System der Chemie und beschrieb, wie sie sich mit Materie, insbesondere Gasen, verbindet; Er schlug vor, dass die Wärmekapazität von Gasen umgekehrt mit dem Atomgewicht variiert., Im Jahr 1824 analysierte Sadi Carnot die Effizienz von Dampfmaschinen unter Verwendung der Kalorientheorie; Er entwickelte den Begriff eines reversiblen Prozesses und legte in der Postulation, dass so etwas in der Natur nicht existiert, den Grundstein für den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.

Forschung zu Zyklonen und Luftströmungen

1494 erlebte Christoph Kolumbus einen tropischen Wirbelsturm, der zum ersten schriftlichen europäischen Bericht über einen Hurrikan führte. Im Jahr 1686 präsentierte Edmund Halley eine systematische Studie der Passatwinde und Monsune und identifizierte die Solarheizung als Ursache für atmosphärische Bewegungen. Im Jahr 1735 wurde eine ideale Erklärung der globalen Zirkulation durch Studium der Passatwinde von George Hadley geschrieben., Als Benjamin Franklin 1743 durch einen Hurrikan daran gehindert wurde, eine Mondfinsternis zu sehen, entschied er, dass sich Zyklone entgegen den Winden an ihrer Peripherie bewegen. Das Verständnis der Kinematik, wie genau die Rotation der Erde den Luftstrom beeinflusst, war zunächst partiell. Gaspard-Gustave Coriolis veröffentlichte 1835 ein Papier über den Energieertrag von Maschinen mit rotierenden Teilen wie Wasserrädern. Im Jahr 1856 schlug William Ferrel die Existenz einer Zirkulationszelle in den mittleren Breiten vor, und die Luft wurde durch die Coriolis-Kraft abgelenkt, was zu den vorherrschenden Westwinden führte., Jahrhunderts wurde die Bewegung von Luftmassen entlang von Isobaren als Ergebnis der großflächigen Wechselwirkung von Druckgradientenkraft und Ablenkkraft verstanden. Bis 1912 wurde diese Ablenkkraft als Coriolis-Effekt bezeichnet. Kurz nach dem Ersten Weltkrieg entwickelte eine Gruppe von Meteorologen in Norwegen unter der Leitung von Vilhelm Bjerknes das norwegische Zyklonmodell, das die Erzeugung, Intensivierung und den endgültigen Zerfall (den Lebenszyklus) von Zyklonen mittlerer Breite erklärt, und führte die Idee von Fronten ein, dh scharf definierte Grenzen zwischen Luftmassen., Die Gruppe umfasste Carl-Gustaf Rossby (der als erster den atmosphärischen Fluss in großem Maßstab in Bezug auf die Strömungsdynamik erklärte), Tor Bergeron (der zuerst bestimmte, wie sich Regen bildet) und Jacob Bjerknes.

Beobachtungsnetzwerke und Wettervorhersageedit

Im späten 16. Jahrhundert und in der ersten Hälfte des 17. In den 1650er Jahren begannen Naturphilosophen, mit diesen Instrumenten systematisch Wetterbeobachtungen aufzuzeichnen., Wissenschaftliche Akademien etablierten Wettertagebücher und organisierten Beobachtungsnetzwerke. De Medici das erste Wetterbeobachtungsnetzwerk, das aus Wetterstationen in Florenz, Cutigliano, Vallombrosa, Bologna, Parma, Mailand, Innsbruck, Osnabrück, Paris und Warschau bestand. Die gesammelten Daten wurden in regelmäßigen Zeitabständen nach Florenz geschickt. In den 1660er Jahren sponserte Robert Hooke von der Royal Society of London Netzwerke von Wetterbeobachtern. Hippokrates ‚ Abhandlung Luft, Wasser und Orte hatten Wetter mit Krankheit in Verbindung gebracht., So versuchten frühe Meteorologen, Wettermuster mit epidemischen Ausbrüchen und das Klima mit der öffentlichen Gesundheit zu korrelieren.

Im Zeitalter der Aufklärung versuchte die Meteorologie, die traditionelle Wettergeschichte, einschließlich der astrologischen Meteorologie, zu rationalisieren. Es gab aber auch Versuche, ein theoretisches Verständnis von Wetterphänomenen zu etablieren. Edmond Halley und George Hadley versuchten Passatwinde zu erklären. Sie argumentierten, dass die steigende Masse der erwärmten Äquatorluft durch einen Zustrom von kühlerer Luft aus hohen Breiten ersetzt wird., Ein warmer Luftstrom in großer Höhe vom Äquator zu den Polen wiederum etablierte ein frühes Bild der Zirkulation. Die Frustration über die mangelnde Disziplin der Wetterbeobachter und die schlechte Qualität der Instrumente veranlassten die frühen modernen Nationalstaaten, große Beobachtungsnetzwerke zu organisieren. Jahrhunderts hatten Meteorologen Zugang zu großen Mengen zuverlässiger Wetterdaten. 1832 wurde von Baron Schilling ein elektromagnetischer Telegraph erstellt., Die Ankunft des elektrischen Telegraphen im Jahr 1837 bot zum ersten Mal eine praktische Methode, um schnell Oberflächenwetterbeobachtungen aus einem weiten Gebiet zu sammeln.

Diese Daten könnten verwendet werden, um Karten des Zustands der Atmosphäre für eine Region in der Nähe der Erdoberfläche zu erstellen und zu untersuchen, wie sich diese Zustände im Laufe der Zeit entwickelt haben. Um häufige Wettervorhersagen auf der Grundlage dieser Daten durchzuführen, war ein zuverlässiges Beobachtungsnetzwerk erforderlich, aber erst 1849 begann die Smithsonian Institution, unter der Leitung von Joseph Henry ein Beobachtungsnetzwerk in den Vereinigten Staaten aufzubauen., Zu dieser Zeit wurden in Europa ähnliche Beobachtungsnetzwerke eingerichtet. Der Reverend William Clement Ley war der Schlüssel zum Verständnis von Zirruswolken und frühen Verständnis von Jetstreams. Charles Kenneth Mackinnon Douglas, bekannt als “ CKM “ Douglas las Leys Papiere nach seinem Tod und führte die frühe Untersuchung von Wettersystemen durch.Neunzehnten Jahrhunderts Forscher in der Meteorologie wurden aus militärischen oder medizinischen Hintergründen gezogen, anstatt als engagierte Wissenschaftler ausgebildet., Im Jahr 1854 ernannte die britische Regierung Robert FitzRoy zum neuen Office of Meteorological Statist des Board of Trade mit der Aufgabe, Wetterbeobachtungen auf See zu sammeln. Fitzroys Büro wurde 1854 zum United Kingdom Meteorological Office, dem zweitältesten nationalen Wetterdienst der Welt (die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) in Österreich wurde 1851 gegründet und ist der älteste Wetterdienst der Welt). Die ersten täglichen Wettervorhersagen von Fitzroys Büro wurden 1860 in der Zeitung The Times veröffentlicht., Im folgenden Jahr wurde ein System zum Anheben von Sturmwarnkegeln in den wichtigsten Häfen eingeführt, als ein Sturm erwartet wurde.

In den nächsten 50 Jahren haben viele Länder nationale Wetterdienste eingerichtet. Die India Meteorological Department (1875) wurde gegründet, um tropischen Zyklon und Monsun zu folgen. Das finnische Meteorologische Zentralamt (1881) wurde aus einem Teil des Magnetischen Observatoriums der Universität Helsinki gebildet. Japans Tokyo Meteorological Observatory, der Vorläufer der Japan Meteorological Agency, begann 1883 mit der Erstellung von Oberflächenwetterkarten., Das United States Weather Bureau (1890) wurde unter dem Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten gegründet. Das Australian Bureau of Meteorology (1906) wurde durch ein meteorologisches Gesetz zur Vereinheitlichung bestehender staatlicher meteorologischer Dienste gegründet.

Numerical weather predictionEdit

1904 argumentierte der norwegische Wissenschaftler Vilhelm Bjerknes in seiner Arbeit Weather Forecasting als Problem in Mechanik und Physik, dass es möglich sein sollte, Wetter anhand von Berechnungen auf der Grundlage von Naturgesetzen vorherzusagen.Jahrhundert führten Fortschritte im Verständnis der atmosphärischen Physik zur Grundlage der modernen numerischen Wettervorhersage. Im Jahr 1922 veröffentlichte Lewis Fry Richardson „Weather Prediction By Numerical Process“, nachdem er Notizen und Ableitungen gefunden hatte, an denen er als Krankenwagenfahrer im Ersten Weltkrieg arbeitete., Er beschrieb, wie kleine Begriffe in den prognostischen Fluiddynamikgleichungen, die den atmosphärischen Fluss regeln, vernachlässigt werden könnten, und ein numerisches Berechnungsschema, das entwickelt werden könnte, um Vorhersagen zu ermöglichen. Richardson stellte sich ein großes Auditorium vor, in dem Tausende von Menschen die Berechnungen durchführten. Die schiere Anzahl der erforderlichen Berechnungen war jedoch zu groß, um ohne elektronische Computer durchgeführt zu werden, und die Größe des Rasters und der Zeitschritte, die bei den Berechnungen verwendet wurden, führten zu unrealistischen Ergebnissen. Die numerische Analyse ergab jedoch später, dass dies auf numerische Instabilität zurückzuführen war.,

Ab den 1950er Jahren wurden numerische Vorhersagen mit Computern möglich. Die ersten Wettervorhersagen, die auf diese Weise abgeleitet wurden, verwendeten barotrope (single-Vertical-Level) Modelle und konnten erfolgreich die großflächige Bewegung von Rossby-Mittelleitungswellen vorhersagen, dh das Muster atmosphärischer Tiefs und Hochs. 1959 erhielt das britische Wetteramt seinen ersten Computer, einen Ferranti Mercury.

In den 1960er Jahren wurde die chaotische Natur der Atmosphäre erstmals von Edward Lorenz beobachtet und mathematisch beschrieben, der das Feld der Chaostheorie gründete., Diese Fortschritte haben dazu geführt, dass in den meisten großen Prognosezentren derzeit Ensembleprognosen verwendet werden, um Unsicherheiten zu berücksichtigen, die sich aus der chaotischen Natur der Atmosphäre ergeben. Es wurden mathematische Modelle zur Vorhersage des Langzeitwetters der Erde (Klimamodelle) entwickelt, die heute eine Auflösung haben, die so grob ist wie die älteren Wettervorhersagemodelle. Diese Klimamodelle werden verwendet, um langfristige Klimaveränderungen zu untersuchen, z. B. welche Auswirkungen durch die Emission von Treibhausgasen durch den Menschen verursacht werden können.