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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

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Written by jenschristianheuer

30 Dezember, 2008 um 00:46 am

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