Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/03234.jsonl.gz/374

4 Einführung
Die Strömungslehre befasst sich mit den Bewegungen von Flüssigkeiten und Gasen. Sie lehnt sich damit stark an die Hydrodynamik an, welche als Strömungslehre dichtebeständiger Fluide (z.B. Wasser) bezeichnet wird. Zusätzlich zur Hydrodynamik müssen bei der Betrachtung der Atmosphäre auch die Grundlagen der Gasdynamik beachtet werden. Insbesondere geht es darum, sich zu überlegen, welche Folgewirkungen aus der Kompressibilität der Gase abzuleiten sind. Grundlage der Strömungslehre bilden die Newton’schen Bewegungsgesetze (Sir Isaac Newton, 1643-1727).
Die Kontinuitätsgleichung ist auf dem Grundprinzip der Massenerhaltung aufgebaut. Gleich wie die Strahlungsgesetze und die Gesetze der Thermodynamik bildet sie einen wichtigen Baustein der Grundgleichungen zur Beschreibung der Atmosphäre (u.a. bei der Formulierung der Gleichungen, welche in ihrer zeitabhängigen Form der Wettervorhersage dienen).
Die 3 Bewegungsgleichungen entsprechen dem zweiten Newton’schen Gesetz. In den zwei Gleichungen für den Horizontalwind sind total 4 Kräfte zu beachten: Druckgradientkraft, Corioliskraft (als Scheinkraft), Zentrifugalkraft, Reibungskraft. In der Vertikalen sind Corioliskraft, Zentrifugalkraft und Reibungskraft vernachlässigbar. In starker Vereinfachung ist dann eine Beschränkung auf die umgeformte hydrostatische Grundgleichung ausreichend, d.h. die Vertikalbeschleunigung ergibt sich aus der Differenz von Druckgradientkraft und Gravitationskraft.
Für das Verständnis der horizontalen Bewegungen und Transporte in der Atmosphäre sind 4 Windbegriffe von zentraler Bedeutung: Oberhalb der atmosphärischen Grenzschicht sind die Beschleunigungen aufgrund des Gleichgewichtes zwischen Druckgradientkraft und Corioliskraft ausreichend beschrieben. Man bezeichnet diesen Wind, welcher geradlinigen Isobaren bzw. Isohypsen folgt, als geostrophischen Wind. Sind die Isobaren gekrümmt, spricht man von einem zyklostrophischen Wind, bei dem zusätzlich die Zentrifugalkraft berücksichtigt werden muss. Geostrophischer und zyklostrophischer Wind werden zum Begriff des Gradientwindes zusammengefasst. In Bodennähe spielt die Reibung eine Rolle, woraus der Reibungswind resultiert. Dieser weist nicht nur eine geringere Geschwindigkeit als der Gradientwind oberhalb der Reibungsschicht auf. Sein Vektor ist zusätzlich gegen den tieferen Druck abgelenkt. Der letzte Windbegriff des thermischen Windes ist eine rein rechnerische Grösse. Er entspricht dem durch horizontale Temperaturänderungen verursachten, gerechneten Differenzvektor des geostrophischen Windes zwischen zwei verschiedenen Höhenniveaus der Atmosphäre. Die Richtung dieses Vektors ist damit parallel zu den Isohypsen der relativen Topographie. Der thermische Wind darf nicht etwa mit dem im nächsten Kapitel besprochenen thermotopographischen Wind verwechselt werden.