Wetterwechsel Klimawandel Weblog

Noch ein Blog…

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Mein neuer Blog Weltlichtkegel ist an den Start gegangen. Er befasst sich mit vielen Themen, welche mich (und vielleicht auch andere)interessieren: Wissenschaft, Kultur, Wetter, Klimawandel, Politik und Wirtschaft, aber auch mit alltäglichen Geschehnissen. Viel Spass beim Lesen!

Link:  http://weltlichtkegel.wordpress.com/

Jens Christian Heuer

Written by jenschristianheuer

2 Juni, 2009 at 10:48 am

Veröffentlicht in Allgemeines

Mein neuer Wetterblog!

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Das WetterJournal, in neuer Aufmachung, technisch verbessert und vielleicht auch leichter lesbar?!

Link: http://wetterjournal.wordpress.com/

Written by jenschristianheuer

20 Februar, 2009 at 02:03 am

Veröffentlicht in Allgemeines, Jens Christian Heuer

Der Winter ist noch nicht vorbei!

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Im Gegensatz zur milden Wintersituation, in der die atlantischen Tiefs auf der Island- Bahn ziehen und nach Mitteleuropa milde Atlantikluft führen (Winterstürme treffen dann oft die Nordseeküste und das nördliche Mitteleuropa), haben wir es im Moment mit einer eher typischen kalten Wintersituation zu tun.

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Wetterlage am 24. Januar 2009; Aufnahmen des amerikanischen NOAA-Wettersatelliten. Quelle: http://wekuw.met.fu-berlin.de/~SatellitenDaten/

Häufige Kaltluftvorstöße aus Ost- oder Nordosteuropa sorgen für eine veränderte Zugbahn der atlantischen Tiefs.

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Wetterlage am 24. Januar 2009 06:00 Uhr UTC.  Auf der Höhenkarte des amerikanischen Wetterdienstes sieht man die 500 hPa-Fläche (Geopotential, schwarze Linien mit Zahlen) und erkennt indirekt auch die Lufttemperaturen anhand der sogenannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche  entspricht in jedem Flächenstück der Höhe über dem Boden in welcher der Luftdruck auf 500 hPa gefallen ist (Höhenangaben in Dekametern!). Der Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe wegen der nachlassenden Wirkung der Schwerkraft allmählich ab. Da warme Luft sich in der Vertikalen mehr ausdehnt als kalte Luft, geht in einer warmen mit zunehmender Höhe der Luftdruck langsamer zurück als in einer kalten Luftsäule. Das 500 hPa – Niveau der Warmluft wird also erst in relativ grösserer Höhe erreicht. Die 500 hPa – Fläche bildet  eine Art “Landschaft” mit “Bergen” (Warmluft) und “Tälern”(Kaltluft). Die schwarzen Linien (Isohypsen) der 500 hPa – Fläche verbinden also Orte miteinander, die jeweils in derselben Höhe liegen. Die Isohypsen zeigen den Verlauf der Höhenwinde und die Lage der Polarfront. Die Farben dienen der Darstellung der Relativen Topographie. Darunter versteht man den Höhenunterschied (Schichtdicke) zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen von jeweils gleichem Luftdruck. Hier sind es die 500 hPa Isobarenfläche (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche (in etwa 50m Höhe). Gebiete mit geringer Schichtdicke entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur, Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den beiden Isobarenflächen, dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur. Die Temperaturen innerhalb der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Weiterhin ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossenen Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren entspricht einem hohen Luftdruckgradienten und umgekehrt. Der Luftdruckwert ist jeweils bei den Isobaren eingetragen. Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Quelle: http://www.wetter3.de/

So wurde das Sturmtief vom 23./24. Januar nach Süden abgedrängt mit der Folge eines sehr starken Luftdruckfalls über Mitteleuropa und einer Zugbahn des Sturmfeldes über Südwesteuropa mit den verheerende Folgen in Nordostspanien und Südwestfrankreich.

Regel: Bei Winterkälte in Mitteleuropa nimmt die Unwettertätigkeit am Mittelmeer häufig zu.

Dies ist so auch in der Geschichte immer wieder vorgekommen. Auch im Laufe der beginnenden Woche scheint sich die Kaltluft wieder deutlicher durchzusetzen, so dass sich an der Großwetterlage noch nichts ändert.

Wolfram von Juterczenka 

Gastbeiträge geben nur die persönlichen Ansichten der Autoren wieder und entsprechen nicht unbedingt den Einschätzungen des Herausgebersdieses Weblogs!

Written by jenschristianheuer

26 Januar, 2009 at 08:40 am

Zweite Erde schon gefunden?

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Im Juni 2008 entdeckte ein internationales Astronomenteam unter Leitung von David Bennett mit der Microlensing – Methode einen 3000 Lichtjahre entfernten Planeten von nur 3,3 Erdmassen, eine felsige, sogenannte „Supererde“, die einen Braunen Zwerg umkreist, also einen mangels Masse (nur 6-8% der Masse unserer Sonne)gescheiterten Stern, welcher das Kernfusionsfeuer nicht entfachen konnte (http://www.newscientist.com/article/dn14038-smallest-planet-weighs-just-three-earths.html). Die Beobachtung gelang gleichzeitig mit dem Astrophysics (MOA) II Telescope in Neuseeland und unabhängig davon mit dem Very Large Telescope (VLT) in Chile (Microlensing-Ereignis MOA‐2007‐BLG‐192).  

Die Microlensing – Methode basiert auf der Allgemeinen Relativitätstheorie Albert Einsteins, nach der eine Masse in Abhängigkeit von ihrer größe die umgebende Raumzeit krümmt und daher auch Lichtteilchen (Photonen) ablenken kann, obwohl sie masselos sind.

Das Licht eines weit entfernten kann also durch einen näher gelegenen Stern abgelenkt werden. Befinden sich beide Sterne in einer Sichtlinie, so wirkt der Vordergrundstern als Sammellinse für das Licht des Hintergrundsterns. Durch diesen Gravitationslinseneffekt wird der sichtbare, weiter entfernte Hintergrundstern vorübergehend heller.

Handelt es sich bei dem Vordergrundstern um einen Einzelstern ohne Planeten, dann erhält man eine symmetrische Lichtkurve, weil die Helligkeit des Hintergrundsterns gleichmässig zu- und wieder abnimmt.

Wird der Vordergrundstern aber von einem Exoplaneten begleitet, so zeigt die Lichtkurve noch ein weiteres „aufgesetztes“ kleines Helligkeitsmaximum, das vor oder nach dem Hauptmaximum liegt, je nachdem auf welcher Seite des Sterns sich der Planet gerade befindet. Mit dieser Methode lassen sich auch sehr kleine Exoplaneten aufspüren. Allerdings müssen sehr viele Sterne beobachtet werden, um fündi zu werden, da Microlensing-Eregnisse mit zwei genau in einer Sichtlinie zur Erde liegenden Sternen relativ selten sind.  

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Durch Microlensing lassen sich im Gegensatz zu anderen Methoden auch kleine Exoplaneten in der Grössenordnung der Erde aufspüren. Quelle:   http://bustard.phys.nd.edu/MPS/index.html

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Der Exoplanet erzeugt ein weiteres kleines Helligkeitsmaximum neben dem grossen Helligkeitsmaximum des Linsensterns im Vordergrund. Quelle: https://www.llnl.gov/str/

Eine neue Analyse des Microlensing-Ereignisses MOA‐2007‐BLG‐192 deuten nun aber auf eine größere Masse des Vordergrundsterns hin (http://www.newscientist.com/article/dn16439-smallest-known-exoplanet-may-actually-be-earthmass.html). Statt um einen Braunen Zwerg handelt es sich wohl doch eher um einen Roten Zwergstern, also um einen echten Stern mit funktionierender Kernfusion! Um die gemessene Lichtkurve zu erklären, muss die Masse des Exiolaneten aber deutlich heruntergerechnet werden und man erhält einen Planeten von nur noch sage und schreibe 1,4 Erdmassen!!! Könnte es die lang gesuchte ZWEITE ERDE sein? Von der Größe her auf jeden Fall, da wäre er äußerlich von der Erde kaum zu unterscheiden. Die Umlaufbahn ist ebenfalls recht günstig, denn der Exoplanet umrundet seinen allerdings vergleichsweise nur sehr schwach leuchtenden Zentralstern in etwa der Ebtfernung wie die Venus unsere Sonne. Dieser Abstand ist groß genug, daß es nicht zu einer gebundenen Rotation des Exoplaneten kommt, der ansonsten seinem Stern immer dieselbe Seite zuwenden würde, was nicht gerade günstig für das dann dort herrschende Klima wäre. Der Planet empfängt allerdings deutlich weniger Wärme als die Erde und könnte daher tiefgefroren sein. Aber der Planet ist als „kleine Supererde“ auch um immerhin 40% schwerer. Das führt höchstwahrscheinlich zu einer stärkeren Plattentektonik und damit auch zu einer dichteren Atmosphäre, die besser die Wärme halten kann. Zudem ist der Planet groß genug, um viele Kometen einzufangen, wodurch sich wahrscheinlich Ozeane bilden konnten. Also vielleicht doch die erste ZWEITE ERDE!?

Stichwort Exoplaneten: Exoplaneten sind Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems, denn sie umkreisen  nicht unsere, sondern eine andere Sonne. Sie gehören also zu einem fremden Planetensystem um einen fremden Stern. Die Bildung von Planeten ist eine normale Begleiterscheinung bei der Sternentstehung und läuft in etwa so ab: 

Eine interstellare Wolke (Durchmesser ca. 1Lichtjahr) aus Gas (99%) und Staub (1%) kollabiert unter dem Einfluss ihrer eigenen Schwerkraft, zieht sich zusammen, beginnt zu rotieren, wird dabei immer schneller (wegen der Erhaltung des Drehimpulses) und im Zentrum immer dichter und wärmer bis sich schliesslich ein Stern bildet. Durch die Rotation formt sich eine Scheibe, die sich langsam abkühlt, so dass es zu Kondensationsvorgängen kommt, wobei die vielen Staubteilchen  als Kondensationskerne wirken. Die schwerer werdenden Staubteilchen sinken durch die Schwerkraft und die Bremswirkung des Gases zur Scheibenebene, wo sie sich zunehmend anreichern. Dadurch beschleunigt sich wiederum das Wachstum der Staubteilchen, weil sie sich immer häufiger begegnen und aneinander haften bleiben. Es bilden sich die ersten Planetesimale mit Durchmessern von bis zu einigen Kilometern.

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Planetenentstehung Quelle: http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/arny/indexnew.mhtml

In Abhängigkeit von der Temperatur der Scheibe, die von innen nach aussen abnimmt, kondensieren im inneren, heissen Bereich bis 0,5 AE vorwiegend metallische Teilchen, ab 1 AE Abstand überwiegen dann die Silikate. Bei 3 AE wird schließlich die sogenannte „Schneegrenze“ erreicht, wo dann auch Eisteilchen auftreten 1 Astronomische Einheit (AE) entspricht der Entfernung der Erde zur Sonne (150 Millionen km). Die Planetesimale sind bald gross genug um weitere Materie anzusammeln. Die Grösseren wachsen zu Protoplaneten heran, die Kleineren stossen aufeinander und zerfallen, oder werden von den Protoplaneten weggeschleudert und bilden einen äusseren Ring, den Kuiper-Gürtel. Manche stürzen auch in den zentralen Stern. Da jenseits der „Schneegrenze“ mehr Kondensationsmaterie zur Verfügung steht als weiter innen, entstehen dementsprechend grössere Planetesimale, die wiederum auch mehr Material einsammeln können. Diese sehr grossen Protoplaneten (bis 10 Erdmassen und mehr) ziehen nun auch grössere Mengen Gas an, wodurch die sogenannten Gasriesen (z.B. Jupiter und Saturn in unserem Sonnensystem) entstehen. Weiter innen bilden sich kleinere Protoplaneten, die Metalle (vorwiegend Eisen und Nickel) und Gestein (Silikate) einsammeln, aber kein Gas das hier wegen der zu hohen Temperaturen nicht auskondensiert. Die noch vorhandenen kleineren Planetesimale bombardieren die felsigen Protoplaneten, die so heiss werden, dass sie aufschmelzen und eine innere Differenzierung stattfinden kann. Eisen und Nickel sinken zur Mitte und bilden den Kern, die leichteren Silikate den Mantel und die Kruste (erdähnliche Planeten). Ein Teil der dann immer noch übrig gebliebenen Planetesimale bilden einen oder auch mehrere Asteroidengürtel.

Die meisten Exoplaneten wurden bisher auf indirektem Wege gefunden, davon der ganz überwiegende Teil mit der Doppler-Methode: In einem Planetensystem zieht nicht nur der Stern den ihn umlaufenden Planeten an, sondern auch der Planet übt umgekehrt eine Kraft aus. Diese Anziehungskraft zwingt den Stern auf eine kreisförmige oder elliptische Bahn um den gemeinsamen Schwerpunkt, welche wiederum im Kleinen die Umlaufbahn des Planeten widerspiegelt. Da der Stern viel schwerer ist als der Planet, liegt der gemeinsame Schwerpunkt immer innerhalb des Sterns. Die Schwierigkeit liegt nun darin, aus einer so grossen Entfernung die außerordentlich geringe Bewegung des Sterns zu messen. Eine Möglichkeit ist die spektroskopische Untersuchung des Sternenlichtes unter Zuhilfenahme des Doppler-Effekts. Wenn sich der Stern auf seiner kleinen Bahn einmal in Richtung Erde und dann wieder von ihr weg bewegt, werden die von ihm ausgesandten Lichtwellen abwechselnd etwas zusammen oder auseinander gezogen. Dabei werden die Lichtwellen erst zum blauen (kurzwelligen) und dann zum roten (langwelligen) Ende des Spektrums hin verschoben. Aus dieser periodischen Dopplerverschiebung des Lichts können die Astronomen die Bahn des Sterns ermitteln und daraus mit den Newtonschen Gesetzen die Masse, Umlaufzeit, den Abstand des Planeten von seinem Stern und sogar die Form der Umlaufbahn (kreisförmig oder elliptisch) bestimmen.

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Mit der Doppler-Methode wurden bisher die meisten Exoplaneten gefunden. Quelle: ESO

Die ermittelte Masse des Exoplaneten stimmt aber nur, wenn die Beobachtung des fremden Planetensystems genau von der Seite geschieht. Ist die Bahn des Explaneten jedoch gegen die Beobachtungsrichtung geneigt, so wird seine Masse unterschätzt, weil die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung von der Erde aus betrachtet geringer erscheint als sie ist. Die gemessene Doppler-Verschiebung täuscht einen zu leichten Planeten vor. Der Neigungswinkel der Bahnebene des fremden Planetensystems lässt sich nur ermitteln, wenn außerdem noch eine Staubscheibe oder aber ein Vorübergang des Planeten vor dem Stern (Planetentransit) beobachtbar ist. Der Planetentransit führt zu einer winzigen Helligkeitsabnahme des Sterns und ist deshalb eine eigenständige Methode zur Entdeckung von Exoplaneten.

 Jens Christian Heuer

Written by jenschristianheuer

19 Januar, 2009 at 23:51 pm

Veröffentlicht in Jens Christian Heuer, Wetterwelten

„Kleine Eiszeit“ in Europa

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West- und Mitteleuropa erleben derzeit einen Winter wie schon lange nicht mehr. Insbesondere nachts fallen die Temperaturen bis weit in den zweistelligen Minusbereich.

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Bodennahe Temperaturen am 7. Januar 2009 00:00 Uhr UTC

Die niedrigen Temperaturen kommen einerseits durch polare Kaltluft zustande, die in einem von Skandinavien bis zur Iberischen Halbinsel reichenden Höhentrog mit einer cyclonalen Luftströmung (gegen den Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel) von Norden, durch ihren Weg über die Nordsee leicht abgemildert, zu uns gelangt.

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Wetterlage am 7. Januar 2009 00:00 Uhr UTC. Auf der Höhenkarte des amerikanischen Wetterdienstes sieht man die 500 hPa-Fläche (Geopotential, schwarze Linien mit Zahlen) und erkennt indirekt auch die Lufttemperaturen anhand der sogenannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche  entspricht in jedem Flächenstück der Höhe über dem Boden in welcher der Luftdruck auf 500 hPa gefallen ist (Höhenangaben in Dekametern!). Der Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe wegen der nachlassenden Wirkung der Schwerkraft allmählich ab. Da warme Luft sich in der Vertikalen mehr ausdehnt als kalte Luft, geht in einer warmen mit zunehmender Höhe der Luftdruck langsamer zurück als in einer kalten Luftsäule. Das 500 hPa – Niveau der Warmluft wird also erst in relativ grösserer Höhe erreicht. Die 500 hPa – Fläche bildet  eine Art “Landschaft” mit “Bergen” (Warmluft) und “Tälern”(Kaltluft). Die schwarzen Linien (Isohypsen) der 500 hPa – Fläche verbinden also Orte miteinander, die jeweils in derselben Höhe liegen. Die Isohypsen zeigen den Verlauf der Höhenwinde und die Lage der Polarfront. Die Farben dienen der Darstellung der Relativen Topographie. Darunter versteht man den Höhenunterschied (Schichtdicke) zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen von jeweils gleichem Luftdruck. Hier sind es die 500 hPa Isobarenfläche (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche (in etwa 50m Höhe). Gebiete mit geringer Schichtdicke entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur, Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den beiden Isobarenflächen, dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur. Die Temperaturen innerhalb der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Weiterhin ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossenen Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren entspricht einem hohen Luftdruckgradienten und umgekehrt. Der Luftdruckwert ist jeweils bei den Isobaren eingetragen. Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Quelle: http://www.wetter3.de/

Andererseits führt ein Hoch über Mitteleuropa mit einer anticyclonalen Luftströmung (imUhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel) sehr kalte Schneeluft aus Osteuropa heran. Im Einflussbereich des Hochs klart es in der Nacht immer wieder auf, so dass es durch die von Wolken unbehinderte Infrarotabstrahlung des Erdbodens ganz besonders kalt wird. Temperaturen bis -30°C sind stellenweise möglich.

Schon sehr bald wird die meridionale Zirkulation im Bereich des Höhentroges über Europa teilweise zusammenbrechen und sich daraufhin über der Iberischen Halbinsel ein Tiefdruckwirbel (Kaltlufttropfen) abspalten und da in ihm die Luft gehoben wird und dabei abkühlt für vermehrte Wolkenbildung und Schneefälle sorgen.

Schauen wir uns die weitere Entwicklung des Wetters anhand der Höhenkarte der Nordhalbkugel  ausgehend vom 7. Januar 2009, 12:00 Uhr UTC einmal näher an:

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Wetterlage 7. Januar 2009 12.00 Uhr UTC Quelle:  http://www.wetter3.de/

Die Höhenströmung hat vier bis fünf Rossby-Wellen ausgebildet. Eine Vierzahl ist sehr stabil, eine Fünfzahl aber schon deutlich weniger, d.h. die Wetterlage zeigt eine leichte Tendenz in Richtung einer grösseren Wechselhaftigkeit.

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Wetterlage 8. Januar 2009 18:00 Uhr UTC Quelle:  http://www.wetter3.de/

West und Mitteleuropa liegen nun unter einem Hochkeil. Mit einer anticyclonalen (imUhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel) Luftströmung wird aus südwestlicher Richtung relativ milde atlantische Meeresluft herangeführt, so dass die bodennahen Temperaturen steigen. Durch den Hochdruckeinfluss gehen Bewölkung  und Niederschläge zurück. Ganz anders sieht das, wie schon oben erwähnt, im Einflussbereich des  Kaltlufttropfens aus.

Jens Christian Heuer

Annex: Dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete

Die Hochs und Tiefs unserer Breiten entstehen durch strömungsdynamische Prozesse im Bereich der Polarfront, der Grenze, wo warme tropische Luftmassen und polare Kaltluft aufeinander treffen. Wegen der grösseren vertikalen Ausdehnung der warmen im Vergleich zur kalten Luft bildet sich zwischen beiden Luftmassen ein mit der Höhe immer weiter anwachsender Luftdruckgradient heraus. Dieser erzeugt einen zunächst polwärts gerichteten starken Höhenwind (Starkwindfeld, Jetstream), der aber sofort von der Erdrotation (Corioliskraft) nach Osten abgelenkt wird,  so zum Westwind wird und sich oft bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone). Da die Temperaturunterschiede zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft entlang der Polarfront nicht überall gleich gross sind, gibt es unterschiedliche Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams, der dadurch turbulent wird. Bei Überschreiten einer kritischen Geschwindigkeit beginnt der gesamte Jetstream zu mäandern  (Rossby-Wellen). In den Wellenbergen (Hochkeilen) wird Warmluft polwärts , in den Wellentälern (Höhentrögen) polare Kaltluft äquatorwärts transportiert. Diese meridionale Zirkulation (meridional = entlang der Längenkreise) sorgt für einen Temperaturausgleich zwischen Polar- und Äquatorregion. Aus Konvergenzen (Luftstauungen) und Divergenzen (Luftlöchern) innerhalb des turbulenten Jetstreams entwickeln sich innerhalb der Hochkeile dynamische Hochdruckgebiete (Hochs) und innerhalb der Höhentröge Tiefdruckgebiete (Tiefs), welche jeweils Warm- und Kaltluft direkt miteinander verwirbeln.

In den aufwärts gerichteten Tiefdruckwirbeln mit cyclonaler Drehrichtung (gegen den Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel aufgrund der Erdrotation) wird die Luft gehoben, dehnt sich aus und kühlt dabei ab. Die Energie für die Ausdehnung stammt aus der Bewegungsenergie der Luftteilchen; daher die Abkühlung. Ist die Luftfeuchtigkeit ausreichend hoch, dann bilden sich Quellwolken, aus denen oft auch Gewitterwolken hervorgehen (Schlechtwetter). Dabei wird Kondensationswärme (latente Wärme) frei, die ihrerseits die Konvektion anheizt und damit die Wolkenbildung fördert.

In den abwärts gerichteten Hochdruckwirbeln mit anticyclonaler Drehrichtung (im Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel aufgrund der Erdrotation) sinken die Luftmassen grossflächig ab und erwärmen sich dabei, so dass  vorhandene Wolken sich auflösen oder Wolken sich von vorneherein gar nicht bilden können (Schönwetter).

Die Zugbahnen der Hochs und Tiefs und damit auch das Wetter, werden vom Jetstream gesteuert. Umgekehrt beeinflussen beide Druckgebilde auch wieder das Verhalten des Jetstreams.

Wenn die meridionale Zirkulation sehr ausgeprägt ist, der Jetstream also sehr stark mäandert, können seine Windgeschwindigkeiten so sehr abnehmen, dass die Höhenströmung teilweise ganz und gar zusammenbricht. Es kommt zu einem “Cut Off” , bei dem sich Hochdruckwirbel von den Hochkeilen und Tiefdruckwirbel von den Höhentrögen trennen. Polwärts bildet sich ein neuer, zunächst nur schwach mäandernder Jetstream mit extrem hohen Windgeschwindigkeiten. Bei dieser zonalen Luftströmung (zonal = entlang der Breitenkreise) findet kaum ein Temperaturausgleich zwischen Warm- und Kaltluft statt. Der Temperaturgradient zwischen beiden Luftmassen erhöht sich wieder, so dass der Jetstream wieder stärker mäandert und sich erneut ein meridionales Zirkulationsmuster ausbildet. Da abgespaltenen Tiefdruckwirbel bestehen aus Kaltluft, die ringsherum von tropischer Warmluft eingeschlossen ist (Kaltlufttropfen). Aufgrund der labilen Luftschichtung (kalte über warmer Luft) entsteht Konvektion. Die warme Luft wird gehoben und kühlt dabei ab, so dass sich Quellwolken bilden können (Schlechtwetter). Ziehen Kaltlufttropfen über eine relativ warme Wasseroberfläche, so können sie viel latente Wärme aufnehmen. Konvektion und Wolkenbildung werden dann oft so stark, dass eine wirbelsturmähnliche Struktur dabei herauskommt.

Jens Christian Heuer

Written by jenschristianheuer

7 Januar, 2009 at 18:42 pm

Wirbelsturm über dem Atlantik? (aktualisiert am 30.Dezember 2008)

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Über dem Atlantik ereignet sich zurzeit ein interessantes Wetterphänomen. Ein aussertropisches Tief entwickelt zunehmend  Eigenschaften eines tropischen Wirbelsturms:

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Wetterlage am 29. Dezember 18:00 UTC Infrarot-Komposit Meteosat; grün = tropische Warmluft, blau = polare Kaltluft, weiss = hohe Wolken, ockergelb = mittelhohe Wolken, rot = absinkende Luftmassen in der Stratosphäre zeigen Tiefdruckgebiete an (Durch Divergenzen in der Höhenströmung werden nicht nur Luftmassen von unten gehoben, sondern auch von oben angesaugt; Ausbildung einer Tropopausenfalte und Absinken der darüber befindlichen stratosphärischen Luft).

Sogar ein Auge hat sich schon deutlich herausgebildet, was man besonders schön in der Ausschnittsvergrösserung erkennen kann:

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Aussertropische Tiefs entstehen an der Polarfront, wo warme tropische Luftmassen und polare Kaltluft aufeinander treffen. Wegen der grösseren vertikalen Ausdehnung der warmen im Vergleich zur kalten Luft bildet sich zwischen beiden Luftmassen ein mit der Höhe immer weiter anwachsender Luftdruckgradient heraus. Dieser erzeugt einen zunächst polwärts gerichteten starken Höhenwind (Starkwindfeld, Jetstream), der aber sofort von der Erdrotation (Corioliskraft) abgelenkt wird und daher von Westen nach Osten verläuft. Diese Windrichtung setzt sich oft bis zum Boden hin durch (Westwindzone). Da die Temperaturunterschiede zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft entlang der Polarfront nicht überall gleich gross sind, gibt es unterschiedliche Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams, der dadurch turbulent wird. Bei Überschreiten einer kritischen Geschwindigkeit beginnt der ganze Jetstream zu mäandern  (Rossby-Wellen). In den Wellenbergen (Hochkeilen) wird Warmluft polwärts , in den Wellentälern (Höhentrögen) polare Kaltluft äquatorwärts transportiert. Diese meridionale Zirkulation (meridional = entlang der Längenkreise) sorgt für einen Temperaturausgleich zwischen Polar- und Äquatorregion. Aus Konvergenzen (Luftstauungen) und Divergenzen (Luftlöchern) innerhalb des turbulenten Jetstreams entwickeln sich innerhalb der Hochkeile dynamische Hochdruckgebiete (Hochs) und innerhalb der Höhentröge Tiefdruckgebiete (Tiefs), welche jeweils Warm- und Kaltluft direkt miteinander verwirbeln.

In den aufwärts gerichteten Tiefdruckwirbeln wird die Luft gehoben, dehnt sich aus und kühlt dabei ab. Die Energie für die Ausdehnung stammt aus der Bewegungsenergie der Luftteilchen. Daher die Abkühlung! Ist die Luftfeuchtigkeit ausreichend hoch, dann bilden sich Quellwolken, aus denen oft auch Gewitterwolken hervorgehen (Schlechtwetter). Dabei wird Kondensationswärme (latente Wärme) frei, die ihrerseits die Konvektion anheizt und damit die Wolkenbildung fördert.

In den abwärts gerichteten Hochdruckwirbeln sinken die Luftmassen grossflächig ab und erwärmen sich dabei, so dass  vorhandene Wolken sich auflösen oder Wolken sich von vorneherein gar nicht bilden können (Schönwetter).

Die Zugbahnen der Hochs und Tiefs und damit auch das Wetter, werden vom Jetstream gesteuert. Umgekehrt beeinflussen beide Druckgebilde auch wieder das Verhalten des Jetstreams.

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Wetterlage am 29.Dezember 2008. Auf der Höhenkarte des amerikanischen Wetterdienstes sieht man die 500 hPa-Fläche (Geopotential, schwarze Linien mit Zahlen) und erkennt indirekt auch die Lufttemperaturen anhand der sogenannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche  entspricht in jedem Flächenstück der Höhe über dem Boden in welcher der Luftdruck auf 500 hPa gefallen ist (Höhenangaben in Dekametern!). Der Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe wegen der nachlassenden Wirkung der Schwerkraft allmählich ab. Da warme Luft sich in der Vertikalen mehr ausdehnt als kalte Luft, geht in einer warmen mit zunehmender Höhe der Luftdruck langsamer zurück als in einer kalten Luftsäule. Das 500 hPa – Niveau der Warmluft wird also erst in relativ grösserer Höhe erreicht. Die 500 hPa – Fläche bildet  eine Art “Landschaft” mit “Bergen” (Warmluft) und “Tälern”(Kaltluft). Die schwarzen Linien (Isohypsen) der 500 hPa – Fläche verbinden also Orte miteinander, die jeweils in derselben Höhe liegen. Die Isohypsen zeigen den Verlauf der Höhenwinde und die Lage der Polarfront. Die Farben dienen der Darstellung der Relativen Topographie. Darunter versteht man den Höhenunterschied (Schichtdicke) zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen von jeweils gleichem Luftdruck. Hier sind es die 500 hPa Isobarenfläche (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche (in etwa 50m Höhe). Gebiete mit geringer Schichtdicke entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur, Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den beiden Isobarenflächen, dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur. Die Temperaturen innerhalb der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Weiterhin ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossenen Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren entspricht einem hohen Luftdruckgradienten und umgekehrt. Der Luftdruckwert ist jeweils bei den Isobaren eingetragen. Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Quelle: http://www.wetter3.de/

Wenn die meridionale Zirkulation sehr ausgeprägt ist, der Jetstream also sehr stark mäandert, können seine Windgeschwindigkeiten so sehr abnehmen, dass die Höhenströmung teilweise ganz und gar zusammenbricht. Es kommt zu einem „Cut Off“ , bei dem sich Hochdruckwirbel von den Hochkeilen und Tiefdruckwirbel von den Höhentrögen trennen. Polwärts bildet sich ein neuer, zunächst nur schwach mäandernder Jetstream mit extrem hohen Windgeschwindigkeiten. Bei dieser zonalen Luftströmung (zonal = entlang der Breitenkreise) findet kaum ein Temperaturausgleich zwischen Warm- und Kaltluft statt. Der Temperaturgradient zwischen beiden Luftmassen erhöht sich wieder, so dass der Jetstream wieder stärker mäandert und sich erneut ein meridionales Zirkulationsmuster ausbildet. Da abgespaltenen Tiefdruckwirbel bestehen aus Kaltluft, die ringsherum von tropischer Warmluft eingeschlossen ist (Kaltlufttropfen). Aufgrund der labilen Luftschichtung (kalte über warmer Luft) entsteht Konvektion. Die warme Luft wird gehoben und kühlt dabei ab, so dass sich Quellwolken bilden können (Schlechtwetter). Ziehen Kaltlufttropfen über eine relativ warme Wasseroberfläche, so können sie viel latente Wärme aufnehmen. Konvektion und Wolkenbildung werden dementsprechend stark. Bei einem ausreichend hohen vertikalen Temperaturgradienten kann das ursprünglich aussertropische Tief wirbelsturmartige Eigenschaften annehmen, selbst bei Wassertemperaturen von nur rund 12-14 °C wie in unserem Fall. Normalerweise entwickeln sich tropische Wirbelstürme erst bei Wassertemperaturen von mindestens 26°C. Entscheidend ist aber auch hier der Temperaturgradient. Zur Ausbildung eines Auges kommt es durch die zum Zentrum eines Wirbelsturms hin immer schnellere Drehbewegung. Die Zentrifugalkräfte werden dabei so stark, dass sich im Zentrum ein beinahe windstilles Auge bildet, in dessen Außenrand, der Eyewall, der Auftrieb der feuchtwarmen Luftmassen besonders gross ist. Vom Auge wird aus der Höhe Luft angesaugt, die sich auf ihrem Weg nach unten durch Kompression immer mehr erwärmt. Daher lösen sich vorhandene Wolken grösstenteils auf. Das wolkenarme Auge ist also typisch für Wirbelstürme.

Bleibt noch nachzutragen, dass ein weiterer, allerdings kleinerer Kaltlufttropfen  gerade in Frankreich für schlechtes Wetter sorgt.  West- und Mitteleuropa bleiben unter Einfluss eines Hochs, das aus östlichen Richtungen kalte und trockene Festlandsluft heranführt. In Osteuropa bestimmt dagegen ein Höhentrog das Wetter.

Update

Am Morgen des 30. Dezember hat sich beim Tief über dem Atlantik die Wirbelstruktur noch deutlicher herausgebildet:

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Wetterlage 30.Dezember 2008 07:00 Uhr UTC Quelle: EUMETSAT

Offenbar hat sich das Tief aufgespalten. Während der strömungsdynamische Anteil sich weiterbewegt, bleibt die Höhenkaltluft des Tiefdruckkerns nahezu stationär und bildet aufgrund der labilen Luftschichtung (kalte über warmer Luft) eine konvektive Wirbelstruktur mit Auge aus.

Jens Christian Heuer

Written by jenschristianheuer

30 Dezember, 2008 at 00:46 am

Wintergruss!

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Tori Amos: „Winter“

Ich wünsche allen Leserinnen und Lesern des Wetterwechsel Klimawandel Weblogs ein schönes Weihnachtsfest, ein paar erholsame Tage und einen guten Start ins neue Jahr!

Written by jenschristianheuer

24 Dezember, 2008 at 22:25 pm

Veröffentlicht in Jens Christian Heuer, Unterhaltung