Meteorologie ist die Untersuchung der Erdatmosphäre und die Variationen in Temperatur-und Feuchtigkeitsmustern, die unterschiedliche Wetterbedingungen erzeugen. Einige der wichtigsten Themen der Studie sind solche Phänomene wie Niederschlag (Regen und Schnee), Gewitter, Tornados und Hurrikane und Taifune.

Die Bedeutung meteorologischer Ereignisse wird auf verschiedene Weise wahrgenommen. Zum Beispiel führt eine Dürre zu Wasserknappheit, Ernteschäden, niedrigen Flussdurchflussraten und erhöhtem Lauffeuerpotential., Darüber hinaus können diese Auswirkungen zu eingeschränkten Flussreisen, Salzwasserinfiltration in Grundwasserleitern und Küstenbuchten, Stress für verschiedene Pflanzen-und Tierarten, Bevölkerungsverschiebungen, wirtschaftlicher Not und sogar politischen Unruhen führen. Die kritischen Auswirkungen des Wetters auf die menschliche Aktivität haben zur Entwicklung der unsicheren Wissenschaft der Wettervorhersage geführt.

Das Wort Meteorologie leitet sich vom griechischen Wort meteoron ab, das sich auf jedes Phänomen am Himmel bezieht. Aristoteles ‚ Meteorologica (340 v. Chr.) betraf alle Phänomene über dem Boden., Astronomie, einschließlich des Studiums von Meteoren oder „Sternschnuppen“, wurde später zu einer eigenen Disziplin. Die Wissenschaft der Meteorologie beschränkte sich schließlich auf das Studium der Atmosphäre. Verschiedene Wetterphänomene werden immer noch als „Meteore“ bezeichnet, wie Hydrometeore (flüssiges oder gefrorenes Wasser — Regen, Schnee und Schneeflocken, Wolken, Nebel), Lithometeore (trockene Partikel — Sand, Staub oder Rauch), Photometeore (optische Phänomene — Halos, Trugbilder, Regenbogen, Coronas) und Elektrometeore (elektrische Phänomene — Blitz, Feuer von Saint Elmo).,

Die moderne Meteorologie konzentriert sich in erster Linie auf die typischen beobachteten Wettermuster, einschließlich Gewitter, extratropische Wirbelstürme, Fronten, Hurrikane, Taifune und verschiedene tropische Wasserwellen. Meteorologie wird normalerweise als die physikalische Grundlage für einzelne Ereignisse zu beschreiben und zu untersuchen. Im Gegensatz dazu beschreibt und untersucht die Klimatologie den Ursprung atmosphärischer Muster, die im Laufe der Zeit beobachtet wurden. Mehrere wichtige Phänomene, wie der Monsun und die El Niño–Südschwingung, werden sowohl in der Meteorologie als auch in der Klimatologie berücksichtigt, da sie große Veränderungen auf saisonalen Zeitskalen aufweisen.,

Scope
Das Bemühen, die Atmosphäre und ihre Prozesse zu verstehen, stützt sich auf viele Bereiche der Wissenschaft und Technik. Das Studium atmosphärischer Bewegungen wird als dynamische Meteorologie bezeichnet. Es verwendet Gleichungen, die das Verhalten einer komprimierbaren Flüssigkeit (Luft) auf einer rotierenden Kugel (der Erde) beschreiben. Eine wichtige Komplikation in dieser Studie ist die Tatsache, dass sich das Wasser in der Atmosphäre auf sehr komplexe Weise zwischen Feststoff, Flüssigkeit und Gas hin und her ändert. Diese Änderungen verändern die in der dynamischen Meteorologie verwendeten Gleichungen erheblich.,

Die Physikalische Meteorologie oder Atmosphärenphysik befasst sich mit einer Reihe von Fachgebieten. Zum Beispiel beinhaltet die Untersuchung von Wolken und der verschiedenen Formen von Hydrometeoren Untersuchungen des Verhaltens von Wasser in der Atmosphäre. Die Untersuchung des Strahlungstransfers befasst sich mit der grundlegenden Energiequelle, die atmosphärische Prozesse antreibt, nämlich Sonnenstrahlung, und der Art und Weise, wie Strahlungsenergie im Allgemeinen in der Atmosphäre eingesetzt und abgeführt wird., Andere Fachdisziplinen befassen sich mit Phänomenen wie Licht (atmosphärische Optik) und Schall (atmosphärische Akustik).

Einige Zweige der Meteorologie sind in Bezug auf die Größe der untersuchten Phänomene definiert. Zum Beispiel ist Mikrometeorologie hauptsächlich die Untersuchung der kleinen Wechselwirkungen zwischen der untersten Ebene der Atmosphäre und den Oberflächen, mit denen sie in Kontakt kommt. Die mesoskalige Meteorologie befasst sich mit Phänomenen mittlerer Größe-zum Beispiel Gewitter und Bergwinde., Die synoptische Meteorologie befasst sich mit größeren Prozessen wie Hoch – und Niederdrucksystemen und ihren Fronten und so weiter bis zur Untersuchung der gesamten atmosphärischen Zirkulation für Zeitskalen von einigen Tagen. Die Wettervorhersage, der prädiktive Aspekt der Meteorologie, leitet sich aus diesen Disziplinen ab.

Andere Zweige der Meteorologie konzentrieren sich auf Phänomene an bestimmten Orten wie Äquatorialgebieten, Tropen, Meeresregionen, Küstengebieten, Polen und Bergen. Die obere Atmosphäre wird auch separat untersucht., Andere Disziplinen konzentrieren sich auf Beobachtungen mit bestimmten Technologien, einschließlich Radio, Radar und künstlichem Satelliten. Computertechnologie wird umfassend angewendet, einschließlich numerischer Wettervorhersage, interaktiver Datenanalyse und Anzeigesystemen.

Das chemische Verhalten der Atmosphäre, das in der atmosphärischen Chemie untersucht wurde, hat aufgrund unbeabsichtigter Veränderungen des Menschen in der molekularen Zusammensetzung der Atmosphäre schnell an Bedeutung gewonnen., Veränderungen der Ozon – (und der Ozonschicht) – und Kohlendioxidkonzentrationen sowie ein erhöhter saurer Regen sind über den Status lokaler Probleme hinausgegangen, um regionale oder globale Probleme zu werden.

Meteorologische Untersuchungen werden in Verbindung mit mehreren umweltbezogenen Bereichen durchgeführt. Dazu gehören Luftfahrt, Landwirtschaft, Architektur, Ballistik, Ökologie, Energieerzeugung, Forstwirtschaft, Hydrologie, Medizin und Ozeanographie., Viele dieser verwandten Felder müssen lediglich die Auswirkungen des Wetters zu einer bestimmten Zeit und an einem bestimmten Ort bestimmen, aber einige — zum Beispiel Hydrologie und Ozeanographie — beeinflussen auch meterologische Ereignisse, indem sie die atmosphärischen Bedingungen an der Erdoberfläche ändern.

Entwicklung der modernen Meteorologie
Die Ursprünge der Meteorologie liegen in qualitativen Beobachtungen des lokalen Wetters und Spekulationen., Insgesamt war Aristoteles ‚ Werk die Standardreferenz in der Antike und im Mittelalter, bis René Descartes, Galileo Galilei und andere begannen, Spekulationen durch instrumentelle Beobachtungen im frühen 17. Die erforderlichen Instrumente zur Durchführung dieser Messungen-Barometer, Hygrometer und Thermometer — wurden in der Zeit von etwa 1650 bis 1750 entwickelt., Entsprechende theoretische und experimentelle Arbeiten umfassten Sir Isaac Newtons Gesetze der Bewegung, Kühlung und Brechung; die Arbeit von Blaise Pascal, Edme Marriotte, Robert Hooke, Edmund Halley und anderen zur Hypsometrie (genaue Höhenmessung); die Arbeit von Robert Boyle zu Gasen; und die von Halley, George Hadley und Jean Le Rond d ‚ Alembert zur atmosphärischen Zirkulation. Im nächsten Jahrhundert (1750 -1850) wurden Thermometer standardisiert, Benjamin Franklin untersuchte den Blitz, John Dalton legte den Grundstein für die Messung von Verdunstung und Feuchtigkeit und Luke Howard klassifizierte Wolken., Nach 1800 begannen Privatpersonen und öffentliche Einrichtungen, Wetterbeobachtungen zu sammeln.

Nachdem die französische Flotte während des Krimkrieges (1853-56) durch einen Sturm beschädigt wurde, wurden in Westeuropa und Nordamerika ernsthafte Versuche unternommen, Wetterdaten von vielen Orten gleichzeitig mit dem kürzlich erfundenen (1837) Telegraphen zu sammeln. Die Entwicklung zuverlässiger Uhren ermöglichte die kontinuierliche Aufzeichnung von Beobachtungen. Die Becher – und Druckanemometer wurden erfunden und Elektrizität wurde genutzt, um Instrumentenwerte aufzuzeichnen., Später wurden Ballons, Drachen und Flugzeuge verwendet, um Wetterinstrumente durch die Troposphäre, die unterste Schicht der Erdatmosphäre, in die Stratosphäre zu tragen, die zweitniedrigste atmosphärische Schicht, die kurz nach 1900 entdeckt, benannt und beschrieben wurde. Systematische Oberluftbeobachtungen begannen in den 1920er Jahren nach der Entwicklung batteriebetriebener Radios, die leicht genug waren, um von Ballons getragen zu werden. Die Sammlung von Oberluftberichten über große Gebiete lieferte eine umfassendere Beschreibung der Atmosphäre, einschließlich Funktionen wie dem Jetstream.,Jahrhunderts entwickelte Thermodynamik lieferte einen Hauptbestandteil in der Menge von Formeln, die atmosphärische Bewegungen und Transformationen beschreiben. Während des Jahrhunderts von 1850 bis 1950 war die synoptische Meteorologie der dominierende Zweig, wobei eine Reihe grundlegender physikalischer Prinzipien die verstreuten empirischen Regeln ersetzte. Um 1920 synthetisierte die Bergenschule unter der Leitung von Vilhelm Bjerknes und seinem Sohn Jacob diese Ideen in die Polar-Front-Theorie der Zyklone, einschließlich Schlüsselkonzepte wie Fronten und Luftmassen.,

Die moderne dynamische Meteorologie wurde 1948 geboren, als es Jule Charney gelang, die vollen dynamischen Gleichungen (erstmals 1904 von Vilhelm Bjerknes angegeben) auf eine einfache, aber nützliche Form zu reduzieren. Die gleichzeitige Entwicklung des digitalen Computers stellte sicher, dass Charneys Methode große praktische Auswirkungen hatte, da die Wettervorhersage auf einer ungefähren Lösung der dynamischen Gleichungen als Funktion der Zeit basieren konnte.

Seit 1948 haben sich Technologien zur Fernerkundung der Atmosphäre vermehrt., Bis 1950 war Radar so weit entwickelt worden, dass es verwendet werden konnte, um Wolken durch ihre schwebenden Wassertröpfchen abzugrenzen und somit die innere Struktur von Stürmen, insbesondere Gewittern, anzuzeigen. Ab Mitte der 1960er Jahre wurden Radareinheiten entwickelt, die die Dopplerverschiebung messen, um auch Geschwindigkeitsinformationen bereitzustellen. Nach 1960 begannen Satelliten mit detaillierten Beobachtungen der gesamten Erde.,

Die erste anhaltende staatliche Aktivität in der Meteorologie in den Vereinigten Staaten kam 1870, als der Kongress die Armee anwies, einen Wetterdienst zu organisieren, um Stürme über den Großen Seen und den Küsten vorherzusagen. Nach zwei Jahrzehnten unter dem Signal Corps wurde diese Aktivität an ein neues ziviles Wetterbüro im Landwirtschaftsministerium übertragen, da sich die Landwirte besonders mit Prognosen des bevorstehenden Wetters und der langfristigen Klimatrends befassten., Ein halbes Jahrhundert später führte der wachsende Bedarf an Fliegern an häufigen Beobachtungen und kurzfristigen Prognosen dazu, dass das Büro in das Handelsministerium verlegt wurde. Im Jahr 1965 wurde das Wetterbüro Teil der neuen Environmental Science Services Administration (ESSA), mit Klimatologie in den neuen Environmental Data Service (EDS) getrennt; fünf Jahre später wurde ESSA fallen gelassen und das Büro wurde der National Weather Service, ein Teil der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).,

Moderne Meteorologie
Das Feld der Meteorologie ist zunehmend computerisiert und automatisiert wie Wissenschaftler versuchen, wie am besten, um die Flut von Beobachtungen aus einer Vielzahl von traditionellen und neuen Instrumenten. Zum Beispiel ist eine schnelle Verarbeitung von Doppler-Radardaten entscheidend, um die Warnzeit für Tornados und andere schwere lokale Wetterphänomene zu maximieren. Die Vorbereitung von Beobachtungen für den Einsatz in großen numerischen globalen Prognosemodellen, das „Timestepping“ dieser Modelle und die Verarbeitung der resultierenden Ausgabe sind für alle außer den leistungsstärksten Computern zu mühsam., Die Entwicklung des World Wide Web hat eine ganz neue Reihe von Möglichkeiten eröffnet, die resultierenden Daten und Prognoseinformationen auf eine Weise zu verbreiten, die noch erforscht wird.

Die Vereinigten Staaten haben in wichtige neue Generationen von Beobachtungssystemen investiert, darunter das Radarnetz WSR-88D (Weather Surveillance Radar-1988, Doppler), dreiachsige stabilisierte GOES und Mikrowellensensoren in niedriger Erdumlaufbahn. Aktive Satellitensensoren wie das Streuometer, das Windgeschwindigkeiten an der Meeresoberfläche messen kann, werden in den Betriebszustand versetzt., In der Zwischenzeit sollte die Verschmelzung bestehender Datenquellen mit computergestützten Systemen die Nützlichkeit aller alten und neuen Datenquellen erhöhen.

Ein Großteil dieser Informationen wird weltweit über das globale Telekommunikationssystem weitergegeben,das von der Weltorganisation für Meteorologie aufgrund kommerzieller, nationaler und logistischer Überlegungen einiger Länder unter Einschränkungen organisiert wird. Im Gegenzug entwickeln einige Zentren auf der ganzen Welt große Computermodellsimulationen aus den beobachteten Bedingungen und senden die resultierenden Wettervorhersagen über das Netzwerk., Zwei solche Zentren sind die National Centers for Environmental Prediction (auch Suitland, Md.) und der European Centre for Medium-Range Weather Forecasting (Bracknell, England).

Eine andere Form der internationalen Zusammenarbeit ist in verschiedenen Forschungsprogrammen zu sehen. Zum Beispiel versucht das globale Energie – und Wasseraustauschprogramm, Beobachtungen und Theorien zu entwickeln, die den Kreislauf von Energie und Wasser durch die Erdatmosphäre, die Ozeane, die Landoberfläche und die Kryosphäre aufdecken. Die Tropical Rainfall Measuring Mission ist eine gemeinsame US,- Japanischer Forschungssatellit, der 1997 als „fliegender Regenmesser“ über tropischen Regionen gestartet wurde. Eine solche internationale Zusammenarbeit ist entscheidend für die Bewältigung globaler Phänomene.

von George J. Huffman