16. Übung: Gewitterindizes & potenzielle Labilität

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1 16. Übung: Gewitterindizes & potenzielle Labilität
Nächste Übung Donnerstag, 17. Dezember 2015, 11:45 Uhr Listen Anwesenheitsliste

2 Gewitterindizes machen sich folgende Tatsachen zur Nutze:
Gewitterindizes/Stabilitätsindizes Die sog. Gewitter- oder Stabilitätindizes werden genutzt das Auftreten von hochreichender Konvektion abzuschätzen. Darüber hinaus kann eingeschätzt werden ob sich Schauer oder Gewittern entwickeln. Gewitterindizes machen sich folgende Tatsachen zur Nutze: Hochreichende Konvektion entsteht dann wenn hohe Temperaturunterschiede zwischen der unteren und mittleren Troposphäre auftreten. Ist in der unteren Troposphäre viel Feuchte enthalten werden Schauer und Gewitter wahrscheinlicher. Folgende Niveaus werden verwendet: 1000, 850, 700 & 500 hPa Folgende atmosphärische Variablen werden angewendet: Temperatur Taupunkt Pseudopotentielle Temperatur

3 K-Index = T(850 hPa) – T (500 hPa) + Td(850 hPa)
Der sog. Konvektionsindex (K-Index) dient zur Einschätzung der Wahrscheinlichkeit auftretender Gewitter. Er wird folgendermaßen mit der Hilfe von Temperaturen und Taupunktwerten verschiedener Niveaus berechnet: K-Index = T(850 hPa) – T (500 hPa) + Td(850 hPa) – [T(700 hPa) – Td(700 hPa)] Dann lassen sich für den TT-Index folgende Aussagen treffen: K-Index Wahrscheinliche Witterung < 15 Keine Schauer und Gewitter < 20 Keine Gewitter 21-25 Schauer möglich (20-40% Wahrscheinlichkeit) 26-35 Schauer möglich (40-60%) 36-40 Zahlreiche Schauer und Gewitter (> 80% Wahrscheinlichkeit) > 40 Zahlreiche Schauer und zum Teil schwere Gewitter wahrscheinlich (> 90%)

4 TT-Index = T(850 hPa) + Td(850 hPa) – 2 T(500 hPa)
Etwas einfacher als der K-Index ist der Totals-Totals-Index (TT-Index) definiert: TT-Index = T(850 hPa) + Td(850 hPa) – 2 T(500 hPa) Dann lassen sich für den TT-Index folgende Aussagen treffen: TT-Index Wahrscheinliche Witterung <46 Keine Gewitter 46-53 Gewitter sind vereinzelt möglich 53-55 lokal auftretende Gewitter > 55 Zahlreiche Gewitter

5 S-Index = 2 [T(850 hPa) – T(500 hPa)]
Der S-Index ist folgendermaßen definiert: S-Index = 2 [T(850 hPa) – T(500 hPa)] – [T(850 hPa) – Td(850 hPa)] – [T(700 hPa) – Td(700 hPa)] - x Dabei gilt für x: Dann gilt für den S-Index Folgendes: x Wert für [T(850 hPa) – T(500 hPa)] 25 2 23-24 6 22 S-Index Wahrscheinliche Witterung 46 Zahlreiche Gewitter 40-45 Gewitter sind vereinzelt möglich < 40 Keine auftretenden Gewitter

6 KO-Index = 0,5 [qe(700 hPa) + qe(500 hPa)]
Der Konvektiv-Index (KO-Index) wird genutzt, um die konvektive Instabilität einer Luftmasse zu identifizieren. Er repräsentiert in etwa den mittleren vertikalen Gradienten der pseudopotenziellen Temperatur. Die Definition des KO-Index lautet: KO-Index = 0,5 [qe(700 hPa) + qe(500 hPa)] – 0,5 [qe(1000 hPa + qe(850 hPa)] oder falls wegen der Stationshöhe keine Werte auf 1000 hPa vorhanden sind: KO-Index = 0,5 [qe(700 hPa) + qe(500 hPa)] – qe(850 hPa) KO-Index Wahrscheinliche Witterung < 2 Labile atmosphärische Verhältnisse; zahlreiche Gewitter 3-5 Indifferent; Gewitter können durch Hebung ausgelöst werden > 6 Stabile Wetterverhältnisse; keine Gewitter

7 Statische Stabilität, potenzielle Labilität
Was ist die potenzielle oder konvektive Labilität (engl.: „potential/convective lability“)? Durch Hebung ganzer Luftschichten oder horizontaler Konvergenz kann eine ursprünglich stabile Schichtung in eine feuchtlabile Schichtung umgewandelt werden. In jedem Fall tritt eine Destabilisierung der atmosphärischen Schichtung ein.

8 Statische Stabilität, potenzielle Labilität
Tritt keine Sättigung ein und wird ein Luftpaket gehoben, so dehnt es sich aus. Die obere Schichtgrenze verlagert sich stärker nach oben, als die untere (z‘ > z). Grund: z. B. vertikale Hebung um 10 hPa, dann gilt: 190/200:  lnp = 0,05 490/500:  lnp = 0,02 Die Folge ist eine leichte Destabilisierung. Falls horizontale Konvergenz das vertikale Strecken verstärkt würde sich die Tendenz zur Destabi-lisierung verstärken. Bd=Trockenadiabate Bd=Feuchtadiabte A,B, b: Profil vor der Hebung A,B, b: Profil nach der Hebung Quelle: Iribane und Cho (1980), Fig. IV-10

9 Statische Stabilität, potenzielle Labilität
Bei potenzieller oder konvektiver Labilität ist die untere Schichtgrenze näher an der Sättigung bzw. erreicht früher ihr Hebungskondensationsniveau als die obere Schichtgrenze. Dies ist häufig der Fall, da der Boden die Quelle der Feuchte darstellt. Falls Hebungsprozesse einsetzen reduziert sich dadurch die Temperatur der oberen Schichtgrenze stärker als die der unteren. Somit nimmt die atmosphärische Stabilität ab. Die Stabilität der Schicht wird feuchtlabil oder kann sogar absolut labil werden. Bd=Trockenadiabate Bd=Feuchtadiabte A,B, b: Profil vor der Hebung A,B, b: Profil nach der Hebung Quelle: Iribane und Cho (1980), Fig. IV-11

10 Statische Stabilität, potenzielle Labilität
Bei potenzieller oder konvektiver Stabilität ist es genau umgekehrt: An der unteren Schichtgrenze ist im Vergleich zur oberen deutlich trockener. Im gezeigten Beispiel erzeugt die Hebung eine Inversion. Bd=Trockenadiabate Bd=Feuchtadiabte A,B, b: Profil vor der Hebung A,B, b: Profil nach der Hebung Quelle: Iribane und Cho (1980), Fig. IV-12

11 Statische Stabilität, bedingte und potenzielle Labilität
Was ist der Unterschied zwischen bedingter und potenzieller/konvektiver Labilität? Bedingte Labilität: Die Atmosphäre ist labil unter der Bedingung („bedingt“) von Sättigung. Eine Schicht oberhalb des KKN kann an einem Strahlungstag nach Erreichen der Auslösetemperatur gesättigt werden. Potenzielle Labilität: Eine stabile Schicht in der Atmosphäre kann durch Hebung bzw. Konvergenz (d.h. Streckung der Luftsäule) in eine bedingt labile oder sogar absolut labile Schicht umgewandelt werden. Potenzielle Labilität wird an Fronten oder durch eine bodennahe Konvergenzzone ausgelöst.

12 Profile potenzieller Temperaturen
LZB LFC Die pseudopotenzielle Temperatur (e) des pseudoadiabatisch aufsteigenden Luftpakets bleibt während des Aufstiegs erhalten. Ein Test auf Auftrieb durch Vergleich mit e der Umgebung reicht nicht, da e stark vom aktuellen Mischungsverhältnis (m) abhängt. e der Umgebungsluft kann daher stark abnehmen, nur weil eine sehr trockene Schicht folgt (z. B. über einer Inversion). Diese Abnahme geht nicht auf eine Dichteänderung zurück. Quelle: Holton (1992), Fig. 9.10

13 e Luftpaket (z) > e (z)
Profile potenzieller Temperaturen Ein hinreichendes Kriterium für Auftrieb ist: In der Abbildung steigt ein Luftpaket vom Boden mit dem Bodenwert eines TEMPS von e auf. Dieser Wert bleibt erhalten (vertikale gestrichelte Linie). Im ersten Schnittpunkt mit e der Umgebung liegt das LFC, im zweiten Schnittpunkt das LZB. Bem.: Bei einer labil geschichteten Atmosphäre liegt das LFC tiefer. LZB e Luftpaket (z) > e (z) * Auf- trieb * LFC Quelle: Holton (1992), Fig. 9.10

14 Profile potenzieller Temperaturen
Die vertikale Änderung der pseudopotenziellen Temperatur kann als Indikator für potenzielle Instabilität verwendet werden: Diese Bedingung zeigt an, dass eine höher gelegene Schicht trockener ist. Durch Hebung bzw. Konvergenz kann sie labilisiert werden. Dies geschieht umso leichter, je näher die Schicht an der Sättigung ist. LZB potenziell labil Auf- trieb LFC Quelle: Holton (1992), Fig. 9.10

15 Profile potentieller Temperaturen
LZB LFC Die Vertikalprofile der potenziellen, pseudopotenziellen und der pseudopotenziellen Temperatur bei Sättigung erlauben leicht das Aufspüren trockenlabiler, potenziell labiler und feuchtlabiler Schichten. Im gezeigten Beispiel zeigt sich eine absolut stabile, bis 650 hPa potentiell labile und bis 550 hPa feuchtlabile (in diesem Fall sogar bedingt labil, weil trockenstabil) Schichtung. Quelle: Holton (1992), Fig. 9.10

16 Statische Stabilität, potenzielle Temperaturen 
absolut labil - Erhalten bei Aufstieg ohne Kondensation pseudopotenzielle Temperatur e potenziell labil - Auslösung durch Hebung einer Schicht - Erhalten bei pseudopotenziellem Aufstieg pseudopotenzielle Temperatur bei Sättigung feuchtlabil bedingt labil - Erhalten beim Aufstieg in einer Wolke bzw. in einer gesättigten Atmosphäre „wet-bulb potential temperature“ w - Erhalten in gesättigten Auf- und Abwindschläuchen * und Beachte: Bei der vertikalen Ableitung nach p drehen sich die Vorzeichen in der dritten Spalte um Absolute Labilität (überadiabatische Schichten) kommen nur kurzzeitig in Bodennähe bei sommerlichen Strahlungstagen vor

17 Übungsaufgaben: Training bzgl. des Alphabets der Wetterbesprechung Abgabe: Donnerstag, 17. Dezember 2015 Wetterlage vom 20. Januar 2014