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Der Wetterballon - Radiosondenmessungen in der Atmosphäre

 

Um an hochaufgelöste Wetterdaten direkt aus der Atmosphäre zu kommen, ist die Radiosonde aus der Meteorologie nicht mehr wegzudenken. Sie liefert wichtige Informationen über Feuchte, Temperatur und Windgeschwindigkeit in verschiedenen Höhen.

Um an hochaufgelöste Wetterdaten direkt aus der Atmosphäre zu kommen, ist die Radiosonde aus der Meteorologie nicht mehr wegzudenken. Sie liefert wichtige Informationen über Feuchte, Temperatur und Windgeschwindigkeit in verschiedenen Höhen.

Als im Jahre 1783 die ersten bemannten Ballons über Paris aufstiegen, hatte man dabei zunächst wenig Interesse an der Sammlung von wissenschaftlichen Daten. Erst im Jahre 1804 erkannte der französische Physiker Joseph Louis Gay-Lussac das Potenzial und sammelte bei einer Ballonfahrt eine Luftprobe aus 7000 m Höhe. Er stellte dabei fest, dass das Verhältnis zwischen Sauerstoff und Stickstoff in dieser Höhe dem am Erdboden entspricht. Solche bemannten Ausflüge in große Höhen waren allerdings nicht ungefährlich. Im Jahre 1862 erreichten der Ballonfahrer Henry Tracey Coxwell und der britische Meteorologe James Glaisher bei einer Ballonfahrt, bei der sie ein meteorologisches Messprogramm durchführten, eine Höhe von etwa 8800 m. Ohne zusätzlichen Sauerstoff verlor Glaisher das Bewusstsein. Die beiden haben nur überlebt, weil Coxwell mit letzter Kraft das Steuerventil des Ballons mit den Zähnen öffnete und somit den Ballon zum Sinken brachte.

Seit den frühen 1890ern führte man kostengünstigere und ungefährlichere unbemannte Messungen mit selbstregistrierenden Messgeräten durch. Erste Messungen mit unbemannten Wetterballons in großem Umfang machte der französische Meteorologe Léon-Philippe Teisserenc de Bort. Er entdeckte dabei die Stratosphäre. Mit Aufkommen der Funktechnik vereinfachten sich die Möglichkeiten der Datenübertragung. Mit der Entwicklung erster Prototypen von Radiosonden wurde bereits 1921 am Observatorium Lindenberg begonnen.

Die erste Radiosonde wurde 1924 von William Blair gestartet. Er verwendete die temperaturabhängige Veränderung des Signals, um die Temperatur in verschieden Höhen abzuschätzen. Es dauerte allerdings noch bis 1929, als Robert Bureau und Pawel Moltschanow direkt gemessene Werte in Funksignale umwandeln konnten.

 

In der heutigen Zeit messen Radiosonden den Luftdruck, die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur direkt mit jeweils einem Messsensor. Der Höhenwind wird indirekt aus dem Windversatz der Radiosonde ermittelt, der mithilfe einer GPS-Antenne gemessen wird.

Ein Gasballon befördert das Messgerät in große Höhen. Als Gas kommt Wasserstoff oder Helium zum Einsatz. Während des Aufstiegs senden die Messinstrumente Daten, die von einer Bodenstation empfangen werden.

Wegen des abnehmenden Luftdrucks dehnt sich der Ballon mit der Höhe deutlich aus, bis er letztendlich in einer Höhe von etwa 20 - 30 km platzt. Der Höhenrekord beim DWD liegt bei etwa 39 km. Die Radiosonde fällt dann an einem Fallschirm zu Boden.

 

Die gesammelten Daten werden in thermodynamische Diagrammpapiere eingetragen. Gebräuchlich ist in der Meteorologie das sogenannte Skew-T-log-p-Diagramm (siehe Abbildung). Hier ist die Vertikalkoordinate als logarithmischer Luftdruck aufgetragen, während die Temperaturen schräg von rechts unten nach links oben verlaufen.

Dies ist ungewohnt, hat aber den Vorteil, dass die Flächen in diesem Diagramm direkt die Energie widerspiegeln. Die linke Kurve ist die Taupunkttemperatur (Feuchtemaß) und die rechte Kurve die Temperatur.

Damit lassen sich die vertikale Schichtung, Stabilität, Labilität, das Gewitterpotenzial und viele andere Parameter ableiten. Wie diese Kurven zu interpretieren sind, erfahren sie im Thema des Tages vom

03.07.2020 "Radiosondenaufsteig für Einsteiger"  oder https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2020/7/3.html oder vom

24.07.2020 mit "Radiosondenaufstiege für Fortgeschrittene "

https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2020/7/24.html

 

Auch in der numerischen Wettervorhersage spielen Radiosonden heute noch eine entscheidende Rolle. Zwar werden die meisten Informationen aus der Höhe mittlerweile von Flugzeugen und Satellitendaten ermittelt. Von der vertikalen Auflösung von Wind, Temperatur und Feuchte sind aber die Radiosonden weiterhin unschlagbar und gelten somit immer noch als Referenz bei der Kalibrierung von weiteren Fernerkundungsdaten wie z. B. Satellitendaten.

 

 

Dipl.-Met. Christian Herold

Deutscher Wetterdienst

Vorhersage- und Beratungszentrale

Offenbach, den 11.04.2021

 

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Deutschlandwetter im Januar 2021

 

Die wärmsten, trockensten und sonnigsten Orte in Deutschland.

 

 

Erste Auswertungen der Ergebnisse der rund 2000 Messstationen des DWD in Deutschland.

 

Besonders warme Orte im Januar 2021*

  1. Platz: Helgoland (Schleswig-Holstein) 3,6 °C - Abweich. +1,1 Grad;

 

  1. Platz: Köln-Stammheim (Nordrhein-Westfalen) 3,4 °C - Abweich. +0,6 Grad; 3. Platz: Duisburg-Baerl (Nordrhein-Westfalen) 3,2 °C - Abweich. +0,1 Grad

 

Besonders kalte Orte im Januar 2021*

  1. Platz: Carlsfeld (Sachsen) -3,8 °C - Abweich. - 0,2 Grad; 2. Platz: Zinnwald-Georgenfeld (Sachsen) -3,7 °C - Abweich. +0,9 Grad; 3. Platz: Neuhaus am Rennweg (Thüringen) -3,5 °C - Abweich. +0,2 Grad

 

 

Besonders niederschlagsreiche Orte im Januar 2021** 1. Platz: Todtmoos (Baden-Württemberg) 364,0 l/m² - 173 Prozent; 2. Platz: Sankt Blasien-Menzenschwand (Baden-Württemberg) 348,1 l/m²

- 178 Prozent;

  1. Platz: Freudenstadt-Kniebis (Baden-Württemberg) 341,2 l/m² - 181 Prozent

 

Besonders trockene Orte im Januar 2021** 1. Platz: Walternienburg-Ronney (Sachsen-Anhalt) 22,7 l/m² - 75 Prozent; 2. Platz: Söllingen, Kr. Helmstedt (Niedersachsen) 26,0 l/m² - 67 Prozent; 3. Platz: Königsborn (Sachsen-Anhalt) 27,5 l/m² - 78 Prozent

 

Besonders sonnenscheinreiche Orte im Januar 2021** 1. Platz: Wielenbach (Bayern) 71 Stunden - 126 Prozent; 2. Platz: Amerang-Pfaffing (Bayern) 68 Stunden - 110 Prozent; 3. Platz: Oberstdorf (Bayern) 66 Stunden - 88 Prozent

 

Besonders sonnenscheinarme Orte im Januar 2021** 1. Platz: Gießen (Hessen) 7 Stunden - 21 Prozent; 2. Platz: Kleiner Feldberg (Hessen) 9 Stunden - 22 Prozent; 3. Platz: Nürburg (Rheinland-Pfalz) 10 Stunden - 27 Prozent

 

oberhalb 920 m NHN sind Bergstationen hierbei nicht berücksichtigt.

 

*  Monatsmittel sowie deren Abweichung vom vieljährigen Durchschnitt (int. Referenzperiode 1961-1990).

 

** Prozentangaben bezeichnen das Verhältnis des gemessenen Monatswertes zum vieljährigen Monatsmittelwert der jeweiligen Station (int. Referenzperiode, normal = 100 Prozent).

 

Hinweis:

Einen ausführlichen Monatsüberblick für ganz Deutschland und alle Bundesländer finden Sie im Internet unter www.dwd.de/presse.

 

Meteorologe Denny Karan

Deutscher Wetterdienst

Vorhersage- und Beratungszentrale

Offenbach, den 02.02.2021

 

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Aus der Tiefe die aufgeraute See betrachten

 

Hatten Sie beim Blick hinauf zu den Wolken schon einmal das Gefühl, sich im Ozean zu befinden und die durch einen Sturm aufgewühlte Wasseroberfläche aus der Tiefe zu betrachten? Genau dann haben Sie vermutlich Wolken mit dem Zusatz "asperitas" gesehen.

 

Im Wolkenatlas der Weltorganisation der Meteorologie wird der Begriff "asperitas" unter "Zusatzmerkmal von Wolken" geführt und wie folgt

definiert: "Wolken mit dem Zusatz "asperitas" haben eine gutausgeprägte, wellenförmige Struktur an der Unterseite. Sie muten chaotisch an und sind weniger horizontal organisiert als Wolken mit dem Zusatz "undulatus". Sie zeichnen sich durch stehende Wellen in der Wolkenbasis aus. Diese ist entweder glatt oder von kleinen Charakteristika durchzogen, die sich wiederum manchmal zu scharfen Kanten herabsenken. Es sehe aus, als würde eine aufgeraute See von unten betrachtet werden. Ein dramatischer Anblick kann sich durch die Lichtdurchflutung der unterschiedlich dicken Wolkenschichten bieten."

 

 

"Asperitas" stammt aus dem Lateinischen von "asper" für rau, uneben, stürmisch. Asperitaswolken treten relativ selten auf und sind vermutlich aus diesem Grunde bisher noch nicht gut erforscht. Sie gehören seit 2009 zu den Wolkenarten, wurden aber erst kürzlich, im März 2017, in den internationalen Wolkenatlas aufgenommen. Dennoch bestehen Theorien über deren Entstehung. So hat ein Team von Wissenschaftlern Fotoaufnahmen von Asperitaswolken, die von Bürgern zur Verfügung gestellt wurden, gesammelt. Auf deren Grundlage und mit Hilfe meteorologischer Daten haben die Forscher versucht, die atmosphärischen Bedingungen näher zu bestimmen, die zu dieser neu erkannten Wolkenart führen. Ihre Erkenntnisse haben sie in einem Artikel, der von der Royal Meteorological Society herausgegeben wurde, zusammengefasst.

 

Die Wissenschaftler kamen zu folgenden Schlüssen: Asperitas haben eine raue, aber nicht vollkommen wellenförmige Wolkenbasis. Ihre Bildung ist nicht an eine schmale geographische Region oder an eine bestimmte Zeit des Jahres gebunden. Sie entstehen allem Anschein nach in Verbindung mit schwachen Schwingungsbewegungen. Oszillation kann relativ leicht unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen hervorgerufen werden, beispielsweise durch orografische Effekte (Leewellen), Windscherung (Änderung der Windgeschwindigkeit/-richtung mit der Höhe), Konvektion (siehe DWD-Lexikon) oder Ungleichgewichte in der großräumigen Strömung, die atmosphärische Schwerewellen erzeugen.

 

Andere Forscher fanden heraus, dass die Entstehung der für Asperitas typischen aufgerauten Wolkenbasis weitgehend mit lokalen Turbulenzen verbunden sein muss. Diese Turbulenzen werden durch Instabilität oder Scherung an einer Wolke-Luft-Grenzschicht erzeugt. Nun wird es etwas

komplexer: Während die Wolkenbasis stabil geschichtet ist, kann Windscherung für eine Schwingungsbewegung sorgen (Kelvin-Helmholtz-Instabilität). Eine solche Instabilität wird häufig an der Wolkenoberkante beobachtet (zeigen sich als sog.

"Kelvin-Helmholtz-Wellen", siehe beigefügtes Foto). Asperitas treten aber an der Wolkenunterkante auf. Asperitas-Formationen könnten somit seltene Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten an der Wolkenbasis sein.

Ebenso ist es möglich, dass Asperitas durch einen unvollständigen abwärts gerichteten Transport der Instabilität von der Wolkenoberkante zur Wolkenbasis entstehen, solange die Wolkenschicht ausreichend dünn ist. Die dadurch hervorgerufenen unregelmäßigen Formen an der Wolkenbasis würden dann von der stabilen Luftschicht darunter geblockt und geformt werden.

 

Selbst die Wissenschaftler haben die Entstehungsmechanismen noch nicht abschließend erforscht, sondern haben Theorien zur Bildung von Asperitas aufgezeigt. Wie auch immer Wolken diese wunderschöne Gestalt annehmen, sie sind auf jeden Fall ein absoluter Hingucker!

Falls Sie mal in den Genuss von Asperitaswolken kommen, würden wir uns freuen, einen Blick auf Ihre Fotografien zu werfen! Zu guter Letzt sei Ihnen noch ein Video eines professionellen Stormchasers, Filmemachers und Fotografen empfohlen: https://bit.ly/2s0uDee Genießen Sie die Aufnahme!

 

 

Dipl.-Met. Julia Fruntke

Deutscher Wetterdienst

Vorhersage- und Beratungszentrale

Offenbach, den 13.10.2019

 

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

In den vergangenen Tagen wütete der Wirbelsturm AMPHAN in Bangladesch und Teilen Indiens. Viele Straßen und Ortschaften wurden überflutet, Millionen Menschen mussten fliehen.

 

In dieser Woche war beim deutschen Wetter nicht allzu viel los und so konnte im Thema des Tages vom 19.05.2020

(https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2020/5/19.html) ein Blick über den Tellerrand und Richtung bengalische See geworfen werden. Dort formierte sich bereits seit dem Wochenende ein tropisches Tief, das sich rasch verstärkte und kurzzeitig die Stufe 4 auf der 5-stufigen Saffir-Simpson-Skala erreichte. Die betroffenen Behörden tauften den Zyklon schließlich "Amphan".

 

Vergangenen Mittwoch (20.05.2020) verließ der Wirbelsturm AMPHAN die bengalische See und zog auf das Festland des indischen Bundesstaates Westbengalen und das südliche Bangladesch. Der Sturm hatte sich bis dahin von Stufe 4 auf der Saffir-Simpson-Skala zu einer Stufe 2 abgeschwächt. Er traf dennoch am Nachmittag (Indian Standard Time) mit Windgeschwindigkeiten von rund 155 km/h und Böen bis zu 185 km/h auf die Küstenbereiche und konnte in den Mangrovenwäldern vor der Küste noch mit voller Kraft zuschlagen. Eine Sturmflut von rund 3 bis

4 m Höhe erreichte die Küstengebiete Indiens und Bangladeschs und flutete die meisten niedrig gelegenen Regionen.

 

Auf seinem Weg nord-nordostwärts schwächte sich der Wirbelsturm rasch weiter ab und wurde bereits am Donnerstag nur noch als Sturmtief geführt. Allerdings hatte er bis dahin die dicht besiedelte Region Kalkuttas, in der mehr als 14 Millionen Menschen leben, passiert.

Zeitungs- und Fernsehberichten zufolge riss der Sturm in Westbengalen zahlreiche Bäume um und zerstörte etliche Häuser und Tempel durch Wind und Regen. Auch aus Bangladesch wurden überflutete Straßen und zerstörte Häuser gemeldet. In vielen Orten brach die Stromversorgung zusammen.

 

An der Wetterstation in Kalkutta (Kolkata) Dum Dum wurde am Mittwochabend eine Böe von 130 km/h (12 Bft) registriert. Die höchsten 24-stündigen Regenmengen für Mittwoch wurden vom indischen Wetterdienst mit 240 l/qm in Alipore, 200 l/qm in Dum Dum und 80 l/qm in Haldia angegeben.

 

In Bangladesch wurden an der Wetterstation Ishwardi in 24 Stunden 160 l/qm Niederschlag registriert, an der Station Netrokona reichte es im gleichen Zeitraum für 94 l/qm. An der Wetterstation Patuakhali im Süden des Landes wurde am Mittwochabend eine Böe von 122 km/h gemessen.

 

Obwohl bereits im Vorhinein Millionen Menschen evakuiert wurden, gibt es in beiden Ländern etliche Tote zu beklagen. Hunderte von Reis-, Sesam-, Gemüse- und Fischfarmen wurden überschwemmt und zerstört. Die Regierungen befürchten Sachschäden in Höhe von rund 1,3 Milliarden Euro. Der letzte heftige Wirbelsturm in der Region war SIDR im Jahre 2007. Er forderte mehr als 3500 Tote und richtete Schäden von mehr als 2 Milliarden Euro an.

 

Dipl.-Met. Jacqueline Kernn

Deutscher Wetterdienst

Vorhersage- und Beratungszentrale

Offenbach, den 22.05.2020

 

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

 

Crepuscular rays? Machen Sie sich beim Aussprechen dieses englischen Wortes auch fast einen Knoten in die Zunge? Um welches Phänomen es sich handelt, lesen Sie heute im Thema des Tages.

 

Bestimmt haben Sie sogenannte "crepuscular rays" auch schon mal gesehen?! Aus dem Englischen werden sie mit Strahlenbüschel oder - gemäß der Tageszeit, in der sie üblicherweise zu sehen sind - mit Dämmerungsstrahlen übersetzt (crepuscular = dämmrig, rays = Strahlen). Es handelt sich um ein optisches Phänomen, das beobachtet werden kann, wenn Sonnenlicht (oder Mondlicht) durch Wolken oder Berge blockiert wird. Dämmerungsstrahlen sind parallel ausgerichtete Licht"säulen", die von dunkleren "Säulen" getrennt sind. Die dunkleren Partien erscheinen aufgrund des Schattens der Wolken oder Berge, die sich am oder unter dem Horizont befinden. Allerdings entstehen die Strahlen nicht allein durch die Abschattung. Das Licht muss zudem durch Staub in der Luft, Aerosole, Wassertropfen oder Luftmoleküle gestreut werden, um einen sichtbaren Kontrast zwischen abgeschatteten und beleuchteten Partien des Himmels zu erzielen. So sind "crepuscular rays" am ehesten zu Sonnenaufgang oder -untergang sichtbar. Ebenso sind Strahlenbüschel häufig am frühen Morgen bei Dunst im Wald zu sehen, wenn die tiefstehende Sonne durch die Bäume bricht.

 

Die Strahlen scheinen am Horizont zu konvergieren, also in einem Punkt (Lichtquelle) zusammen zu laufen, und über dem Betrachter zu divergieren (auseinander zu laufen). Dieser Effekt ist allerdings auf die Entfernung und die Perspektive zurückzuführen. Wie oben bereits beschrieben sind Dämmerungsstrahlen parallel zueinander. So können sie aus physikalischer Sicht weder konvergieren, noch divergieren, sondern haben immer denselben Abstand zueinander.

 

Wieso sehen wir dann diese Illusion? Der Effekt ist derselbe wie bei Bahnschienen oder Straßen, bei denen die Ränder in der Entfernung zusammen zu laufen scheinen. Physikalisch lässt sich dies mit dem sogenannten "Sehwinkel" erklären. Denn je weiter weg etwas ist, desto kleiner sieht es aus. Der Sehwinkel verringert sich also mit zunehmender Entfernung.

 

Wenn Sie sich bei "crepuscular rays" schon einen Knoten in die Zunge gemacht haben, versuchen Sie es doch nochmal mit "anticrepuscular rays"! Diese "Anti-Dämmerungsstrahlen" können Sie mitunter sehen, wenn Sie in dem Moment, wenn Sie Dämmerungsstrahlen sehen, der Sonne den Rücken zuwenden und in entgegengesetzter Richtung zum Horizont blicken. Bei "anticrepuscular rays" handelt es sich nämlich um jene Strahlen, die vom Gegenpunkt der Sonne auszugehen scheinen. Diese Strahlen entstehen aufgrund der Rückstreuung des Lichts. Es sind jene Dämmerungsstrahlen, die scheinbar von der Sonne ausgehen, über dem Beobachter über den kompletten Himmel laufen und dann scheinbar im Sonnengegenpunkt münden. Da die Rückstreuung des Lichts geringer ist als die Vorwärtsstreuung, sind "Anti-Dämmerungsstrahlen" dunkler als ihre vorwärtsgestreuten Verwandten.

 

Das dem Thema des Tages angehängte Foto zeigt Dämmerungsstrahlen zu Beginn des Monats September über Frankfurt am Main. Aufgenommen wurden sie von der DWD-Webcam auf der Zentrale des Deutschen Wetterdienstes in Offenbach. Machen Sie sich keinen Knoten in die Zunge, wenn Sie das nächste Mal diese Strahlen bei Sonnenaufgang oder -untergang entdecken!

 

Dipl.-Met. Julia Fruntke

Deutscher Wetterdienst

Vorhersage- und Beratungszentrale

Offenbach, den 06.10.2019

 

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