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Lexikon der Geographie: Geopotenzial

Geopotenzial, Potenzial der Schwerkraft, definiert die Hubarbeit, die entgegen der Schwerkraft geleistet werden muss, um eine Masse von einem Höhenniveau auf ein höheres zu bringen. Auf ein Teilchen in der Höhe h [m] wirkt die Schwerebeschleunigung g [m/s2] und es besitzt das Geopotenzial

Φ=h·g
in [m2/s2]. Für das Meeresniveau gilt Φ=0 m2/s2.
Flächen gleichen Geopotenzials heißen Geopotenzialflächen oder Äquipotenzialflächen, auf ihnen steht an jedem Punkt die Schwerkraft senkrecht und hat den gleichen Betrag, sodass bei einer Bewegung entlang der Potenzialfläche keine Arbeit gegen die Schwerkraft geleistet werden muss. Die Höhenlage der Geopotenzialfläche über dem Meeresspiegel wird als geopotenzielle Höhe z [m] bezeichnet und in geodynamischen Metern [gdm] oder in geopotenziellen Dekametern [gpdam] angegeben. z resultiert aus der Division von Φ durch die Standard-Schwerebeschleunigung g45 (gültig in 45° geographischer Breite auf Meeresniveau):

z=Φ/g45.
Die geopotenzielle Höhe weicht von der absoluten Höhe über dem Meeresspiegel ab, da die Schwerebeschleunigung nicht an allen Orten der Erde gleich ist. Der Zahlenwert-Unterschied ist allerdings geringfügig, wie ein Vergleich der Schwerebeschleunigungen in verschiedenen geographischen Breiten zeigt (g0=9,78115 m/s2, g45=9,80665 m/s2, g90=9,83215 m/s2).
Horizontale Windfelder werden in der numerischen Modellierung oder Vorhersage nicht für eine absolute Höhe, sondern ebenfalls entlang von Geopotenzialflächen berechnet, da die windfeldbeeinflussende Schwerkraft und damit auch die Luftdichte dann als konstant angenommen werden können. Für die Darstellung von Druckfeldern bedient man sich jedoch keiner Äquipotenzialflächen, sondern berechnet und kartiert die variierenden geopotenziellen Höhen von Flächen gleichen Luftdrucks (klimatologische Topographien).

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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