Cumulonimbus

Meteorologie

Die Wetterwissenschaft hat ihren Namen von den griechischen Worten metéoros und logos, was „schwebend“ und „Lehre“ bedeutet. Meteorologen beschäftigen sich mit den physikalischen und chemischen Vorgängen in der irdischen Lufthülle. Bei den wissenschaftlichen Messungen helfen zum Beispiel Satelliten und Ballone. Die vielfältigen Anwendungen der Meteorologie reichen bis in die Wirtschaft.

Laien begegnen der Meteorologie am häufigsten in Gestalt der Wetterpräsentation im Fernsehen. Die Vorhersage des Wetters ist aber nur eines von vielen Anwendungsgebieten dieser reichhaltigen Wissenschaft. Meteorologie – das sind die Wissenschaften Physik und Chemie, angewandt auf die irdische Lufthülle, unserer Atmosphäre. Angehende Meteorologen lernen im Studium als Erstes, auf welche Weise die Naturgesetze die Atmosphäre regieren. Dabei geht es um Fragen wie: Warum ist die Luft im Gebirge so dünn? Was lässt einen Sturm entstehen? Woher kommen Blitz und Donner? Wie schützt die Ozonschicht vor ultravioletter Strahlung? Und wie lassen sich all diese Phänomene messen und vorhersagen?

Foto. Blick aus dem Weltall auf die Erdoberfläche. Man erkennt zahlreiche Wolken, die sich zum Teil als weiße kreisförmige Flächen ausdehnen.
Cumulonimbus

Die Meteorologie ist ein Zwischending. Einerseits gehört sie zu den Geowissenschaften, zusammen mit Fächern wie der eng verwandten Ozeanografie, der Geophysik und der Geologie. Andererseits ist ein großer Teil der Meteorologie ein Spezialgebiet der Physik, mit der es viele Überschneidungen gibt. Die Dynamik von Gasen und Flüssigkeiten beschäftigt neben Meteorologen zum Beispiel auch Turbulenzforscher. Von Thermodynamik muss man genauso bei der Entwicklung einer Gasturbine etwas verstehen. Die Elektrizitätslehre ist selbstverständlich ein Gebiet, das in anderen Wissenschaften eine viel größere Rolle spielt als in der Meteorologie. Und schließlich sollte man nicht vergessen, dass es auch auf anderen Planeten Atmosphären gibt, die sich zur Erforschung anbieten.

Charakteristischerweise beschäftigt sich die Meteorologie mit vielen Größenskalen in Zeit und Raum: Die Bildung von Wolkentröpfchen lässt sich nur auf dem molekularen Niveau verstehen, während ein ausgewachsener Hurrikan schon mal einen Durchmesser von 1.000 Kilometern haben kann. Wetter ist eine Sache von Minuten, Stunden und Tagen, wohingegen sich das Klima in Jahrzehnten, Jahrhunderten und Jahrtausenden wandelt. Für manche Physiker ist diese Vielfalt an Zeit- und Raumskalen, die miteinander in Wechselwirkung stehen, ein bisschen ungewohnt. Die Wissenschaft von der Atmosphäre ist nicht nur in einen theoretischen, einen experimentellen und einen angewandten Zweig gegliedert, sondern auch nach Gebieten im geografischen Sinn. Schließlich muss man an den Polen ganz andere meteorologische Verhältnisse beachten als in den Tropen. Und die dünne Luft in der Stratosphäre, dem zweiten Stockwerk der Atmosphäre, lässt sich um ein Vielfaches schwieriger erkunden als die sogenannte Grenzschicht direkt am Erdboden.

Das Instrumentarium zur Messung hat sich mit der Zeit enorm gewandelt. Die Geschichte der modernen Meteorologie fing im 16. bis 17. Jahrhundert an: Galilei erfand ein Thermometer, Torricelli ein Barometer (zur Messung des Luftdrucks). Doch erst im 18. Jahrhundert begannen regelmäßige Messungen meteorologischer Größen, deren Zusammenhänge dann in den beiden darauf folgenden Jahrhunderten verstanden wurden. Heute steht eine ganze Armada von kleinen und großen Instrumenten parat, um die Vorgänge in der Atmosphäre zu erfassen: Da gibt es Satelliten, Messbojen, Wetterballone, Messflugzeuge, Radar- und Lidargeräte, Observatorien in den Bergen, Hubschrauber, Schiffe, Drohnen und vieles andere mehr. Das feinmaschige meteorologische Beobachtungsnetz umspannt den ganzen Erdball. Experimentelle Meteorologen arbeiten entsprechend oft im Freien, aber auch im Labor – etwa wenn sie mit einer Wolkenkammer die Entstehung von Wolken untersuchen.

Foto. Weißer Holzkasten mit Lamellen, der auf Stelzen steht und ein kurzes Dach hat.
Wetterhütte

Um die global erhobenen Messdaten rasch zu den Wissenschaftlern zu leiten, ist ein hochentwickeltes Telekommunikationsnetz notwendig. An etlichen Forschungszentren wurden Supercomputer installiert, um der einströmenden Datenmassen Herr zu werden und Wetter- und Klimavorhersagen zu berechnen. Viele Wissenschaftler sind allein darauf spezialisiert, passende Modelle und Algorithmen (Rechenvorschriften) für die Computerprogramme zu entwickeln. Da nimmt sich die kleine Gemeinde der theoretischen Meteorologen, die es auch noch gibt, geradezu bescheiden aus. Sie benutzen auch heute oft nur Stift und Papier, um die Funktionsweise der Atmosphäre analytisch zu durchdringen.

Die Meteorologie hat neben der gewöhnlichen Wettervorhersage viele weitere Anwendungen. Der Flugverkehr ist ebenso auf Meteorologen angewiesen wie die Landwirtschaft, das Militär ebenso wie die Industrie, Umweltschutzbehörden, die Stadtplanung oder die Medizin. Es dürfte nur wenige Naturwissenschaften geben, die in so viele Bereiche der menschlichen Zivilisation hineinwirken wie diese.