Stormchasing, Gewitterjagd und Unwetter in Deutschland
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Wetterballon Aufstiege - Soundings 
 

 
 
Vorwort:
 

 
 
Wetterballonaufstiege sind das wohl wichtigste Instrument für Meteorologen. Sie sind unabdingbar, wenn es darum geht, etwas über die Zusammensetzung der Atmosphäre an einem bestimmten Ort zu erfahren. Wenn man nur Wetterdaten wie Luftdruck, Feuchte, Temperatur etc. am Boden misst, hilft das nur wenig. Es ist vor allem wichtig, zu wissen, wie die Luft aufgebaut ist. Durch die Wetterballon Aufstiege erhält man so einen kleinen Schnitt durch die Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort. Ein Wetterballon Aufstieg kann etwa repräsentativ für einen 50km Radius um seinen Aufstiegsort gesehen werden, da die Schichtung der Luft innerhalb des Zylinders den dieser Radius um den Aufstiegsort aufspannt, etwa der Schichtung entspricht, die direkt in der Umgebung des Wetterballons liegt. 
 
 
Speziell für die kurzfrist Vorhersage von Gewittern, um deren Vorhersage es hier gehen wird, ist solch ein Aufstieg imens wichtig. Man kann aus den Aufstiegen lesen, wie viel Energie zur Verfügung steht, wie viel Wind vorhanden ist und wie sich die Scherung des Windfeldes mit der Höhe verhält. Auch Hagel, die Höhe der Gewitterwolke, die höhe der Wolkenbasis über Boden und sogar das Tornadorisiko kann aus diesen Aufsteigen gewonnen werden. Wie sie sehen, ist es also ein höchst interessantes Thema wenn es um die Einschätzung einer Gewitterlage geht. Auch im nachhinein lässt sich eine Gewitterlage nachbereiten, wenn man wissen möchte, wieso es doch keine Gewitter gab, oder wieso die Gewitterlage so schlimm war, obwohl man in den Wetterkarten bei der Vorhersage der Lage am Tag zuvor kein Unwetterpotential gesehen hat. Da die Karten nur eine Modellrechnung sind und die Wetterballon Aufstiege hingegen die reale Luftmasse repräsentieren, kann man aus ihnen natürlich sehen, welcher Faktor dafür gesorgt hat, dass einer der oben genannten Punkte zu stande kam.
 
 

 
 
Wo kann ich Wetterballon-Aufstiege einsehen?
 
 
Zu finden sind die Aufsteige kostenlos auf der Webseite der University of Wyoming. Jedoch sollten sie darauf achten, dass die Server vor allem bei wichtigen Wetterereignissen oft überlastet sind und sie ein wenig geduld brauche, bis ihre Datei geladen hat. 
 
 

 
Unter diesem
 
LINK finden sie die Soundings. Es gibt zahlreiche Varianten, in der die Daten aus den Wetterballoon-Aufstiegen angezeigt werden können. Für die Gewittervorhersage ist das so genannte "Skew-T" das beste Diagramm und auch nur zu diesem werde ich hier eine Erklärung abgeben.
 
Auf der Menüleiste über der Karte wählen sie die Region, in der sie die Wetterballoon Aufstiege einsehen wollen, danach auf der Schaltfläche rechts davon wählen sie die Darstellungsvariante "GIF: Skew-T".  Nun können sie auf der Karte den Startort des Wetterballons auswählen.
 
 

 
 
Wie ist das Diagramm zu verstehen?
 

 
Wirklich jede einzelne Größe aus dem Diagramm heraus herzuleiten würde den Rahmen sprengen in dem ich hier arbeite, ich werde deshalb nur auf die wichtigsten Größen eingehen. Zunächst einmal ist aber das Diagramm an sich zu erklären, welche Kurve überhaupt welche Bedeutung hat. 


 
 
Wir beginnen mit den beiden dicken, schwarzen Kurven. Die linke Kurve gibt den Feuchtegehalt des Luftpaketes in jeder Höhe an und zwar in Gramm Wasser/Kg Luft.
 
Unten an der X-Achse stehen ganz klein fliederfarbene Zahlen. Diese geben den Wassergehalt an. Über diesen Zahlen befinden sich in selber Farbe diagonale Linien, welche nach oben rechts gehen. Folgt man dieser Linie bis man die Feuchtekurve schneidet, ich habe das ganze durch einen lilanen Pfeil erkenntlicher gemacht, kann man von diesem Schnittpunkt aus nach links zur Y-Achse gehen. Dort kann man dann sehen, in welcher Höhe die Luft nur noch 1 Gramm Wasser/1Kg Luft enthält. 
Die rechte der beiden Kurven gibt wieder, in welcher Höhe die Luft welche Temperatur hat. Man ermittelt diesen Wert, in dem man von dem Temperaturwert auf der X-Achse der blauen diagonale folgt. In diesem Fall habe ich die Höhe gesucht, in der es 0°C warm war. Dafür bin ich der blauen Diagonale gefolgt, bis ich die Temperaturkurve geschnitten habe. Von diesem Schnittpunkt bin ich wieder zur Y-Achse gegangen und habe dort die Höhe abgelesen. 


 
 
Auf dieser Grafik habe ich dieses mal die Feuchtadiabaten und die Trockenadiabaten heraus gehoben. Sie sind relativ eindeutig zu finden, weshalb ich hierzu denke ich nichts sagen brauche, die Grafik erklärt sich von selbst. Die Bedeutung dieser beiden ist da hingegen schwerer zu erklären, weshalb ich ein paar Tatsachen aufzähle, auf die ich nicht weiter her leiten werde. Wenn ein Luftpaket aufsteigt, dann kühlt es sich mit zunehmender Höhe ab. Dies tut es, so lange keine Wolkenbildung statt findet, mit 1K/100m. Ein Luftpaket, welcher aber unter Kondensation aufsteigt, sprich sich eine Wolke bildet, kühlt sich aber nur noch um 0,5K/100m ab. Da Luft nur aufsteigt, so lange sie wärmer als ihre Umgebung ist, liegt es auf der Hand, dass das Luftpaket welches sich nur um 0,5K/100m abkühlt, länger wärmer als seine Umgebungsluft bleibt. Die Trockenadiabate repräsentiert die Temperatur, die ein Luftpaket in den verschiedenen Höhen hat, wenn es ohne Wolkenbildung vom Boden aus aufsteigt. Wie sie sehen, ist das eingezeichnete Luftpaket in grün bei den 40°C gestartet und schneidet in nur geringer Höhe bereits die Temperaturkurve. In dem Moment wo es die Temperaturkurve schneidet, ist das Luftpaket kälter als seine Umgebungsluft und steigt nicht weiter auf. 
Die blaue Kurve ist die Feuchteadiabate. Sie gibt die Temperatur eines Luftpaketes in den verschiedenen Höhen wieder, wenn sich das Luftpaket unter Wolkenbildung nur um 0,5K/100m abkühlt. Wie sie sehen, hat dieses Luftpaket eine größere Chance immer wärmer als seine Umgebungsluft zu sein.


 
 
Nachdem sie nun wissen, was der Unterschied zwischen einem feuchten und trockenen Aufstieg eines Luftpaketes heißt, komme ich zu der kleinen schwarzen Kurve, welche auf der Temperatur am Startpunkt des Wetterballoons beginnt. Diese Kurve ist die Hebungskurve. Sie gibt wieder, wie das Luftpaket Aufsteigen würde, welche die Werte hat, die am Startort des Wetterballons vorgefunden wurden. Das wären in diesem Fall etwa 22,5°C und ein Wassergehalt von etwa 12g/1Kg Luft. Das Luftpaket steigt so lange trockenadiabatisch auf, folgt also dem Krümmungsverhalten der Trockenadiabate, bis es sich so weit abgekühlt hat, dass es die 12g Wasser nicht mehr halten kann. Ab dieser Höhe beginnt nun die Kondensation und das Luftpaket steigt Feuchtadiabatisch auf. Jetzt folgt es dem Krümmungsverhalten der Feuchteadiabate. Irgendwann wird es Zwangsweise wieder kälter als seine Umgebungsluft sein, das ist der Punkt, wo es die Temperaturkurve in großer Höhe wieder schneidet. Diese Höhe kann man ablesen als den oberen Schnittpunkt zwischen Hebungskurve und Temperaturkurve, oder rechts in der Spalte mit den Werten unter "EQTV 214,0". Der Zahlenwert 214,0 gibt die Durckfläche an, in der das Luftpaket nicht mehr weiter aufsteigen kann. Dies entspricht etwa 11600m in diesem Fall.
 

Lifted Condensation Level (LCL)


 
Das Lifted Condensation Level (LCL) gibt die Höhe an, ab der in dem Luftpaket, welches mit den vorgefundenen Werten am Boden gehoben wird, Kondensation statt findet. Das "Lifted" ist das ausschlaggebende. Es heißt so viel wie eine erzwungene Hebung des Luftpaketes am Boden. Wie sie sehen, ist die Temperatur des Luftpaketes in dieser Höhe noch geringer als die seiner Umgebung, es kann also nicht ohne eigene Kraft aufsteigen. Lesen sie sich den ersten "Theorie 1" durch, um zu erfahren, welche Faktoren dafür sorgen, dass ein Luftpaket gehoben wird. 
 
Man bestimmt diese Höhe, indem man von der Feuchtekurve am Boden der Linie des selben Mischnungsverhältnis (lila) folgt, bis man die Hebungskurve schneidet. Danach folgt man von der Temperatur am Boden aus der Trockenadiabate (grün), bis man die lila Linie schneidet. Hier ist das LCL. Alternativ kann man auch den Wert rechts aus der Tabelle ablesen unter LCLP.
 
 
Das LCL ist ausschlaggeben für mehrere Faktoren. Je niedriger das LCL ist, desto leichter kann eine Rotation den Boden erreichen, da der Abstand zwischen Wolkenbasis und Boden so möglichts gering ist. Die Rede ist hier von Tornados, Typ I und II sowie Gustnados, Wirbel die sich an der Böenfront bilden. Ist das LCL sehr hoch, also befindet es sich in großer Höhe über dem Boden, besteht ein größeres Risiko für starke Windböen, da die Trockenluft in Bodennähe durch Verdunstungskälte für starke Fallböen sorgen kann. Je teifer das LCL liegt, desto mehr CAPE kann vorhanden sein.
 
 

 
 
Level of Free Convection (LFC)


 
 
Das Level of Free Convection ist wie der Name schon sagt, die Höhe, aber der ein Luftpaket mit den am Boden vorgefundenen Werten von alleine Aufsteigen kann. Es muss also nur bis zu dieser Höhe gehoben werden, danach kann es aus eigener Kraft weiter aufsteigen. Ab dieser höhe ist das Luftpaket also immer wärmer als seine Umgebungsluft. Diese Höhe entnimmt man dem Schnittpunkt der Hebungskurve mit der Temperaturkurve. Alternativ lässt sich dieser Wert auch wieder rechts in der Tabelle unter "LFCT 808,5" finden. 808,5 ist die Druckfläche, in der sich das LFC befindet. Je geringer der Abstand des vorher erläuterten LCL und dem LFC ist, desto geringer ist das CINH. CINH gibt an, wie viel Energie ich brauche, um ein Luftpaket vom LCL auf das LFC zu heben. Dazu weiter unten mehr. Zusätzlich besteht ein erhöhtes Tornadopotential wenn der Abstand von LCL und LFC umso geringer ist, da die Energie aus der Luftschichtung schon weiter unten ausgeschöpft wird und so hat ein Tornado mehr Energie zur Verfügung.
 

Gleichgewichtshöhe (EL) und Gleichgewichtstemperatur


 
 
Die Höhe der Gewitter ist einfach zu ermitteln, es ist der Schnittpunkt zwischen der Hebungskurve und der Temperaturkurve. In unserem Fall liegt diese Höhe der Wolkenoberseite auf der Druckfläche 142,7 wie man der Tabelle unter "EQLV 142,7" entnehmen kann. 
 
Je höher die Gleichgewichtshöhe, desto höher auch die Oberseite der Gewitter, Overshooting Tops können natürlich noch höher sein. Auch wenn die Wolkenoberseite nicht so hoch liegt können starke Gewitter entstehen, wenn viel Scherung und hohe Energie in den unteren Kilometern vorliegt. 
 
Auch die Temperatur, die in dieser Höhe vorliegt kann vieles über die zu erwartenden Gewitter aussagen. Wir bestimmen diese Temperatur, in dem wir der blauen Temperaturkurve folgen, bis wir die Temperaturangabe an der Achse erreichen. In diesem Fall wären das -72°C, ich habe die Temperaturen an der Achse nachgetragen, da sie nur bis -40°C vorhanden sind.
 
Ab etwa -10°C sind Niederschlagsschauer möglich und ab etwa -30°C Gewitter. Ab -50°C sind Schergewitter möglich und ab -60°C gibt es massive Aufwinde, welche ein Overshooting Top haben. Der Grund hier für ist, das je höher der Gewitteraufwind ist, desto mehr kinetische Energie kann er speichern, welche dann in Form eines Overshooting Tops sichtbar wird.
 

 
Nullgradgrenze der Feuchttemperatur (Wet Bulb Zero, WBZ)


 
Um das WBZ zu bestimmen, suchen wir uns einen beliebigen Punkt auf der Hebungskurve, der im Feuchtadiabatischen Bereich liegt, also dem Bereich, wo die Hebungskurve der Feuchtadiabaten folgt. Von diesem Punkt gehen wir dann, auch der Feuchteadiabate folgend bis zur 0°C Linie. Die Höhe in der sich die beiden schneiden, ist das WBZ. Das WBZ ist ausschlaggebend für die Art des Niederschlages. Für Hagel über 2cm Korndruchmesser muss das WBZ zwischen 2,2km und 3,2km liegen. Für Graupel etwa einige 100m über dem Boden. Unterhalb des WBZ, also da wo es wärmer als 0°C ist, schmelzend die Schneeflocken und werden mit einem Wasserfilm umgeben. Dieser verdunstet in der trockenen Luft teilweise und die Verdunstungskälte sorgt dafür, dass die Schneeflocke wieder zu Graupel gefriert.
 
Für Schnee muss das WBZ daher in Bodennähe liegen, da es sonst zu Garupel kommen würde. 
 
 

Lesen sie hier den zweiten Teil!

 

 ©2012 Bastian Werner

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