Stormchasing, Gewitterjagd und Unwetter in Deutschland
  Soundings2
 
 
 

 

Convective Avaliabel Potential Energy (CAPE)


Als erstes bestimmen wir das ML-CAPE, das Mixed Layer CAPE. Man gewinnt den Wert, wenn man über die Fläche, die die Hebungskurve und die Tempearturkurve zwischen LFC und EL einschließt, integriert. Der Wert des ML-CAPEs steht auch rechts in der Tabelle und wird in Joule/Kilogramm Luft angegeben. 
 

 
Als zweites bestimmen wir das SB-CAPE, das Surface Based CAPE. Man kann es bestimmen, in dem man direkt von den Werten am Boden ausgeht, die das Sounding liefern, oder in dem man die prognostizierten Werte aus der Wetterkarte einsetzt. In meinem Besipiel gehe ich davon aus, dass es noch wärmer wird und die Temperatur bis auf 35°C ansteigen soll. Der Feuchtegehalt bleibt dabei jedoch gleich, weshalb ich hier den Wert des Soundings am Boden nehme. Ich folge nur der Linie des Wassergehaltes des Luftpaketes, bis ich die grüne Linie schneide. Die grüne Linie ist die Trockenadiabate, welche ich von den prognostizierten 35°C am Boden aus eigenzeichnet habe. Wie man sieht, ist die Fläche nun größer, man kann in etwa abschätzen, das sie doppelt so groß ist wie die Fläche des ML-CAPES, weshalb man von etwa 3400J/Kg ausgehen kann. 
 
Über das CAPE an sich muss man sagen, dass es sich um eine potentielle Energie handelt, welche nicht unbedingt frei gesetzt werden kann. Es kann also Tage geben, wo es 3000J/Kg oder mehr hat und es passiert nichts, da es kein Luftpaket am Boden schafft, das LFC zu erreichen um weiter aufsteigen zu können. Auch nützen 3000J/Kg nichts, wenn es keine Dynamik gibt. Sprich es muss Windscherung vorhanden sein und starke Höhenwinde. 
 
 
Wenn viel CAPE in den unteren 3km vorhanden ist, begünstigt das die Bildung von Tornados, da so Wirbel (Meoszyklonen) schnell in die länge gezogen werden, ein Tornado entsteht so schneller. Auch großer Hagel ist wahrscheinlicher, da sich bildende Hagelkörner in dem starken Aufwind schnell wieder rezirkuliert werden und sich vergrößern. Wie wir wissen liegt das günstige WBZ für großen Hagel auch zwischen 2,3 und 3,2km. Die beiden Werte stehen also im Zusammenhang, wenn es darum geht großen Hagel vorherzusagen.
 
 

 
Convetive Inhibition (CINH)


 
Das CINH wirkt dem CAPE entgegen. Es gibt die Energie an, die einem Luftpaket durch erzwungene Hebung beigefügt werden muss, damit es das LFC erreicht und von selbst aufsteigen kann. Man nimmt hierfür das Integral über die Fläche zwischen der Hebungskurve und der Temperaturkurve bevor das LFC erreicht wird. Der Wert steht auch neben in der Tabelle unter CINS und ist in diesem Fall -68,3 J/Kg. So viel Energie brauche ich, um das Luftpaket mit dem am Boden vorgefundenen Werten auf das LFC zu heben. Ein wenig CINH ist immer von nöten, da sonst alle Energie auf einmal verpuffen würde. Wenn CINH vorhanden ist, kann die ganze Energie auf ein paar einzelne Gewitterzellen verteilt werden und diese werden umso stärker. 
 

 
 
0-50 gering, bei wenig erwarteter Hebung brauchbar (Orographisch, Einstrahlung)
 
 
50-200 mäßig, bei mittlerer Hebung brauchbar (Schwache Kaltfronten, Konvergenzen)
 
 
>200 groß, große Hebung wird benötigt (starke Kaltfronten)
 
 

 
 
Lifted Index (LI)


 
Der Lifted Index gibt einen Anhaltspunkt über die "bauchigkeit" der Hebungskurve im vergleich zur Temperaturkurve. Wenn der Lifted Index kleiner 0 ist, dann ist die Schichtung labil. Ist er größer 0, ist es stabil geschichtet. Je niedriger der Lifted Index unter 0 ist, umso bauchiger ist die Hebungskurve. Es besteht also eine große Temperaturdifferenz zwischen dem aufsteigenden Luftpaket und der Luft die es umgibt. Ein solch relativ großer Temperaturunterschied sorgt dafür, dass das Luftpaket schnell (tiefer LI) oder langsamer (nur gering < 0) aufsteigt. Je schneller das Luftpaket aufsteigt, desto stärker ist der Aufwind und dessen kinetische Energie.
 
Eine große "bauchigkeit" in den unteren 3km spricht für starke Aufwinde, dies begünstigt die Entstehung von Tornados. Niedrige LI kommen einher mit viel CAPE. Denn je bauchiger die Hebungskurve ist, desto größer ist die eingeschlossene Fläche über die das CAPE integriert wird.
 
 

 
 
Precipitable Water (PWAT)
 

 
 
Diesen Wert entnehmen sie der Tabelle an der rechten Seite. Er gibt ausschluss, wie viel Wasser aus der Luftsäule ausfallen könnte, in der der Wetterballoon aufgestiegen ist zwischen der Oberfläche und der 300hPa Druckfläche. Dieser Wert ist ausschlaggebend über die Menge an Niederschlag die aus einem Gewitter ausfallen kann. Ab 30 kann es zu örtlich kräftigen Niederschlägen in kürzester Zeit kommen mit kleinen Überschwemmungen, ab 40 kommt es zu flächendekenden Überschwemmungen. Ich spreche hier natürlich nicht von über die Ufer gertetene große Flüsse wie den Rhein, aber aus einem sonst kleinen Bach kann dort schnell ein reisender Strom in so manchem Schrebergarten werden. Vor allem im Mittelgebirgsraum kann es in den Taleinschnitten zu massiven Wasseransammlungen kommen. Besonders, wenn wenig Höhenwinde vorhanden sind, sind hohe PWAT Werte ernst zu nehmen, da eine Zelle so an einem Ort lange verweilt und viel Niederschlag bringen kann.
 
 

 
 
Dynamik und Windscherung
 

 
 
Als Dynamik wird das Zusammenspiel der Windrichtungen und der Windstärke in den unterschiedlichen Höhen bezeichnet. Entnehmen können sie die Windstärke und Richtung den Windfahnen rechts der Graphen. 1 voller Strich sind immer 10kn, ein Dreieck sind 50kn. 
 
 
1kn ist in etwa 1,8km/h. Auch den Wetterkarten können sie die Windrichtung und Stärke entnehmen. Es gibt auch spezielle Karten, die die Vektoren der Winde in den verschiedenen Höhen als Komposit übereinander legen, um so die Windscherung abzuschätzen.
 
 
Grundsätzlich gilt:
 
 

 
 
Je geringere Windscherung, desto wahrscheinlicher werden starke Windereignisse.
 
 
Je größer die Windscherung, desto wahrscheinlicher werden Tornados und Großhagel.
 
 
Für Großhagel ist zusätzlich hohes CAPE von nöten, Tornados hin gegen sind relativ unabhängig von der stärke des CAPEs, so lange es >0 ist. Vor allem ist eine starke und organisierte Scherung in 0-3km sehr wichtig. Hohes CAPE in diesem Bereich begünstigt Tornados zusätzlich. Bei extremen CAPE-Werten ist das CINH meisten zu groß für Tornados, bei extremer Scherung wird das CAPE schon vorher verbraucht.
 
 

 
Rechtsdrehende Scherung mit der Höhe "Veering"


 
 
Hier sehen sie massive Richtungsscherung, am Boden ist die Windrichtung Südost und dreht dann in der Höhe auf Südwest. Die Höhenwinde sind nicht besonders stark, weshalb mit langsam ziehenden Zellen zu rechnen wäre, wenn das Sounding eine labile Schichtung hätte.
 
Es steigt mit diesem starken Veering die Wahrscheinlichkeit eines Rightmovers, also einer Superzelle, die nach rechts aus der Hauptzugrichtung ausschert. Dies beruht darauf, das die Winde am Boden aus Süden kommen und die Gewitterzelle "saugt" sich zur besseren Luftmasse, die eben mit diesen Südwinden am Boden adverhiert werden. 
 

Linsdrehende Scherung mit der Höhe "Backing Winds"


 
 
Hier ist das Gegenbeispiel, die Scherung dreht mit der Höhe nach links. Auch hier steigt die Wahrscheinlichkeit für Superzellen und Tornados, jedoch fehlt es bei diesem Soundings sichtbar an der nötigen Windstärke der Höhenwinde. Bei linksdrehender Scherung steigt die Wahrscheinlichkeit einees Leftmovers, einer Superzelle die nach links aus der relativen Zugrichtung ausschert. Dies liegt daran, das sie die frische Luftmasse in diesem Fall Bodennah aus Norden erhält, aber nach Osten ziehen würde. Die Superzelle "saugt" sich also wieder in Richtung der unverbrauchten Luftmasse nach Norden.
 

 

 
Storm Relative Environmental Helicity, SRH
 

 
Dieser Wert gibt an, wie stark die Windscherung ist. Dabei wird der Unterschied zwischen der in die Gewitterzellen einströmenden Luft und deren Verlagerungsrichtung beachtet. Entnommen werden kann dieser Wert den Wettermodellen. 
 

 
>150 m²/s² 0-3km: Superzellen möglich (Davies Jones et al. 1990)
 

 
>350 m²/s² 0-3km: F2-F3 Tornados möglich (Davis & Johns 1993)
 

 
>450 m²/s² 0-3km: F4-F5 Tornados möglich.
 

 
Hier finden sie Modellkarten zur SRH: http://www.lightningwizard.com/maps/
 

 

Geradliniger Wind, Bow Echos und Downbursts


Zuvor wurde der Fall der Windscherung behandelt, jetzt kommen wir zu massiven geradlinigen Winden. Auf diesem Sounding sieht man Höhenwinde von über 150kn in 10.000m Höhe, welche vom Boden aus ohne nennenswerte Richtungsscherung nach oben hin stärker werden. Auch ist viel Trockenluft zwischen 500 und 4800m. Durch verdunsten des Niederschlages kommt es hier dann zum abkühlen der Abwinde und diese werden noch stärker. Da es keine Scherung gibt, werden die Zellen linear angeordnet sein, da es keine Winde gibt, die sie aus der normalen Zugbahn werfen würden. 


 
Nun denn, klären wir wie es jetzt zu Bow Echos kommt. Wie wir sehen, sind die Winde zwischen dem Boden und 2000m etwa bei 25kn. Jetzt werden die Höhenwinde mit 150kn im Abwind nach unten gemischt. Diese sind also um ein Vielfaches schneller als die Winde am Boden und überholen diese. Die Gewitterlinie beult sich nun Bogenförmig aus, wobei an den beiden Enden erhöhte Windscherung durch die unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten des Abwindes und des Umgebungswindes induziert werden. Hier besteht erhöhtes Superzellen und Tornadopotenzial! In der Mitte des Bow Echos ist an mit den stärksten geradlinigen Winden zu rechnen, vermeiden sie es, bei 150kn Höhenwind in ein Bow Echo zu geraten! Selbst wenn nur 80kn am Boden ankommen, sind das noch immer Böen von etwa 150km/h, dabei besteht akkute Lebensgefahr von umherfliegenden Trümmern.
 

 
 
Wichtige Temperaturen, Lapse Rates
 

 
 
Als nächstes kläre ich ab, welche wichtigen Temperaturen aus dem Sounding entnommen werden können. Vor allem die sogenannten Lapse Rates sind von wichtiger Bedeutung, wenn man die Labilität einer Schichtung abschätzen will. Es handel sich dabei immer um die Temperaturabnahmen in bestimmten Höhenbereichen, angegeben in ΔK (Delta Kelvin).
 
 

 
 
In Bodennähe 0-500m
 

 
 
>10K trockenadiabatisch, <6K feuchtadiabatisch.
 
 

 
 
Niedrige Werte deuten auf eine Inversion hin. Nimmt die Temperatur sogar zu, handelt es sich um sehr massive Inversionen, wie sie im Winter bei langanhaltenden Hochnebellagen vorkommen.
 
 
Bei hohen Werten kann es zu Staubteufeln und nichtsuperzelligen Tornados kommen, da die Luft sehr schnell aufsteigen kann durch die hohe Labilität. Vor allem im Sommer auf trockenen Feldern, wo sich die Luftschicht unmittelbat über dem Feld stark aufheizen kann, sieht man öfters Staubteufel.
 
 

 
 
In den mittleren Höhen 2000m-4000m
 

 
 
Beträgt die Temperaturabnahme der beiden Höhenstufen mehr als 7K/1km, ist dies ein Anzeichen für hohe Labilität. Häufig findet man solche Bedingungen in frisch eingeflossener Polarluft oder unterhalb von Kaltlufttropfen im Sommer. 
 
 

 
 
Zwischen 850hPa und 500hPa, ΔT
 

 
Diese Temperatur ist ein generelles Anzeichen für vorhandene Labilität und kann auch den Wettermodellen entnommen werden in der Vorhersage. Als Mittelwert gelten hierbei etwa Δ25K, ist die Abnahme größer, ist es labi, bei über Δ30K sogar stark labil. Alles unter Δ25K gilt als zu stabil um Gewitter zu begünstigen. Diese Temperatruabnahme der beiden Druckflächen wir auch als ΔT bezeichnet, der Einfachheit halber. 

 

 ©2012 Bastian Werner

 

 

 

 
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