Dieser Artikel behandelt Folgendes:

Am Ende des vorherigen Artikels über Wind haben wir die globale Windzirkulation um den Globus dargestellt. Für jede Hemisphäre definiert die globale Windzirkulation drei Bereiche:

Die äquatorialen und polaren Regionen weisen sehr spezifische Wetterbedingungen auf und fallen daher nicht in den Rahmen dieser Betrachtung.

Die mittleren Breiten werden von der Ferrel-Zelle bestimmt. Diese Region liegt zwischen kalter/trockener und warmer/feuchter Luft, wodurch hier der größte Teil des Wärmetransports und der Wettersysteme stattfindet. Hier lebt auch der Großteil der Weltbevölkerung, und wir konzentrieren uns in diesem Artikel auf das Wetter in den mittleren Breiten.

Auf der Nordhalbkugel ist der nördliche Teil der Ferrel-Zelle sehr dynamisch, wo ein Großteil des Wettergeschehens stattfindet. Um den 60. Breitengrad Nord verläuft eine gedachte Linie, die Polarfront genannt wird. Beidseits dieser Linie herrschen sehr unterschiedliche Wetterbedingungen.

Diese beiden sehr unterschiedlichen Luftmassen müssen sich vermischen. Diese Vermischung geschieht bildlich gesprochen durch große Fächer, die warme Luft nach Norden und kalte Luft nach Süden drücken. Der große, sich gegen den Uhrzeigersinn drehende Fächer symbolisiert Tiefdruckgebiete in den mittleren Breiten, die Segler auf ihren Fahrten erleben (z. B. bei der Atlantiküberquerung von den USA nach Europa oder bei der Vendée Globe in den südlichen Ozeanen während der Umrundung der Antarktis).

Dieser Artikel konzentriert sich auf die Erklärung der Mechanismen dieser Tiefdruckgebiete und darauf, wie sich einige von ihnen zu heftigen Stürmen verstärken.

Doch bevor wir dazu kommen, wollen wir im nächsten Abschnitt kurz erläutern, was eine Wetterfront ist.

Die obige Skizze zeigt zwei unterschiedliche Luftmassen beidseits der Polarfront bei 60° Nord. Meteorologische Symbole dienen dazu, die warmen und kalten Luftmassen sowie deren Bewegung leicht erkennbar zu machen.

Die kalte Luft verdrängt die warme Luft. Das blaue Dreieck zeigt die Bewegungsrichtung der Front an.

Die warme Luft verdrängt die kalte Luft. Der rote Halbkreis zeigt die Bewegungsrichtung der Front an.

Eine Okklusionsfront entsteht, wenn eine schneller ziehende Kaltfront auf eine langsamer ziehende Warmfront trifft. Dadurch wird die warme Luft zwischen zwei kühleren Luftmassen vom Boden abgehoben. Dieser Vorgang führt zu einer Vermischung der Luftschichten und hat typischerweise komplexe Wetterphänomene wie Wolkenbildung, anhaltenden Regen oder sogar Gewitter zur Folge. Nach dem Durchzug der Okklusionsfront stabilisiert sich das Wetter oft und es klart auf.

Eine stationäre Front bewegt sich, wie der Name schon sagt, nicht. Die verwendeten Symbole stellen eine Kombination aus Kalt- und Warmfront dar. Bezüglich der beiden oben genannten Fronten befindet sich die Kaltluft auf der anderen Seite des Dreiecks und die Warmluft auf der Seite der Halbkreise.

Wie in Teil I erläutert, ist das Tiefdruckgebiet, das Seeleute in mittleren Breiten erleben, für die Vermischung von kalter und warmer Luft an der Polarfront verantwortlich. Seeleute spüren Tiefdruckgebiete an fallendem Luftdruck, der oft von Niederschlag und starken Winden begleitet wird.

Dieser Abschnitt erläutert die physikalischen Grundlagen der Entstehung dieser Tiefdruckgebiete. Weiterführende Informationen finden Sie unter https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/atmo/chapter/chapter-13-extratropical-cyclones/

Die Zyklogenese umfasst 5 Stadien.

Phase 1: An der Polarfront um 60° Nord trennen eine stationäre Front kalte Luft im Norden und warme Luft im Süden. Dies ist die Anfangsphase bzw. das Gleichgewicht.

Quelle: https://slcc.pressbooks.pub/

Phase 2: die Bildung einer Frontwelle

Es tritt eine Störung ein, die dieses Gleichgewicht stört und die kalte Luft nach Süden und die warme Luft nach Norden drängt.

Stufe 3: ein neu entstandener Zyklon

Stadium 4: Ausgereifter Zyklon, Bildung einer Okklusionsfront und eines Tripelpunkts

Die Kaltfront trifft auf die Warmfront.

Phase 5: Abklingphase

Das obige Modell beschreibt die Vorgänge an der Erdoberfläche. Die Luft strömt im Zentrum des Tiefdruckgebiets zusammen und steigt auf, ähnlich wie Luft in einem Kamin. Um jedoch weiter aufzusteigen und dann abfließen zu können, benötigt die aufsteigende Luft günstige Bedingungen in der oberen Atmosphäre. Dies lässt sich mit einem Kaminfeuer vergleichen: Der Kamin muss den Aufstieg der Luft unterstützen, sonst erstickt das Feuer.

Im nächsten Kapitel werden wir uns dann auf einer höheren Ebene damit befassen, welche günstigen Bedingungen dafür sorgen, dass sich eine Depression verstärkt und zu einem starken Sturm wird.

Für Leser auf der Südhalbkugel könnten die obigen Bilder verwirrend sein, da sich Tiefdruckgebiete in dieser Region im Uhrzeigersinn drehen. Damit Sie nicht gleich einen steifen Nacken bekommen, haben wir die Bilder unten gespiegelt und kombiniert.

Auf der oberen Ebene verwenden wir die geopotentielle Höhe anstelle der Isobare. Diese Karten sehen etwas anders aus; Täler und Grate stellen Tief- bzw. Hochpunkte dar.

Ein Trog ist ein Tiefdruckgebiet. Leser von Wetterkarten kennen das allgemeine Tiefdruckgebiet, das durch einen geschlossenen Isobarenkreis dargestellt wird. Der Trog hingegen ist ein langgestrecktes Gebiet mit niedrigerem Luftdruck ohne geschlossene Isobarenlinie. Man kann ihn sich wie ein Tal vorstellen.

Das obige Bild stellt zwei Dinge dar:

Bild: Man kann sich Drucklinien wie Höhenlinien auf einer Wanderkarte vorstellen. Wandert man entlang der Drucklinie in Richtung Norden, wandert man ein Tal hinab und ist beidseitig von Gelände umgeben.

Ein Hochdruckrücken ist ein langgestrecktes Gebiet mit erhöhtem Luftdruck ohne geschlossene Isobare. Man kann ihn sich wie einen Hügel vorstellen.

Das obige Bild stellt zwei Dinge dar:

Bild: Wenn man auf dem Bergrücken in Richtung Süden wandert, gelangt man auf einen Berg, der auf beiden Seiten von Klippen gesäumt ist.

Wellentäler und Wellenberge treten nicht isoliert auf. Sie treten nebeneinander auf und verbinden sich auf irgendeine Weise zu einem Wellenmuster.

Das Wellenmuster zeigt deutlich die Luftvermischung, ähnlich wie bei den großen Ventilatoren, die wir in Teil 1 erwähnt haben.

Hochdruckrücken gehen mit warmer Luft, hohem Luftdruck in der Höhe und einer stabileren Atmosphäre einher. Dies führt tendenziell zu trockenen und schönen Wetterbedingungen unterhalb des Hochdruckrückens.

Ein Trog ist mit kühlem und schlechtem Wetter verbunden, ein Hochdruckrücken hingegen mit warmem und mildem Wetter, wie unten dargestellt.

Tiefdruckgebiete und Hochdruckrücken treten sowohl an der Erdoberfläche als auch in der Höhe auf. Diejenigen in der oberen Atmosphärenschicht bestimmen die globalen Wettermuster, die wiederum Einfluss auf die Vorgänge am Boden haben.

Meteorologen sind wie Detektive (siehe die Fernsehserie „The Rookie“ 😀) und nutzen die mittlere Atmosphärenschicht (500 mbar, etwa 5 Kilometer hoch), um Hinweise auf die Entstehung von Stürmen am Boden zu finden. Stürme entstehen, wenn Luft aufsteigt (siehe Lektion 3 über Wolken). Daher betrachtet der Meteorologe die Geopotenzialkarte der 500-mbar-Schicht, um Gebiete mit aufsteigender Luft zu identifizieren. Man könnte sich fragen, wie eine Wetterkarte aufsteigende Luft anzeigen kann?

Aufsteigende Luftmassen entstehen dort, wo Luft zusammenströmt. Dies geschieht, wenn sich die Luft auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn dreht. Diese Drehung wird als positive Vorticity bezeichnet. Meteorologen müssen also lediglich nach Gebieten mit positiver Vorticity suchen, um die Entstehungsorte von Stürmen vorherzusagen.

Mehr Informationen finden Sie auf Weather.gov – Grundlagen der Wirbelstärke

Wirbel entstehen aufgrund der drei folgenden Faktoren:

Die obige Theorie ist komplex, lässt sich aber vereinfacht darstellen. Der Bereich mit der maximalen positiven Gesamtwirbelstärke befindet sich vor dem Trog (der blaue Bereich unten). Dies ist die Gefahrenzone und erfordert besondere Aufmerksamkeit. Hinter dem Trog ist ebenfalls Wirbelstärke vorhanden, jedoch in geringerem Maße und daher weniger relevant (der orange Bereich unten).

Nachfolgend ein Beispiel für ein reales Geopotential von 500 mbar.

Wir haben unten auf derselben Karte die Gebiete vor dem Trog hinzugefügt, in denen Stürme/Tiefdruckgebiete entstehen werden.

Stürme entstehen dort, wo Luft aufsteigt, wie im vorherigen Abschnitt beschrieben. Die Luft steigt bis zu einem bestimmten Punkt auf (der oberen Troposphäre in 10 Kilometern Höhe, die wie eine unüberwindbare Barriere wirkt). Die überschüssige Luft muss abgeführt werden, damit der vertikale Aufstieg anhalten und sich das Tiefdruckgebiet verstärken kann. Daher suchen Meteorologen in der oberen Atmosphäre (300 mbar / 9 Kilometer Höhe) nach Anzeichen für divergierende Luftmassen, da diese ideale Bedingungen für die Verstärkung von Stürmen bieten.

Die Jetstream-Zonen entstehen durch starke Winde mit Geschwindigkeiten über 200 Knoten. Im rechten und linken Eintrittsbereich der Jetstream-Zonen divergieren die Höhenwinde, wodurch die darunter liegende Luft aufsteigen kann. Diese beiden Bereiche sind unten rot markiert.

Weitere Informationen finden Sie unter: https://skepticalscience.com/print.php?n=1967

Wenn wir alles bisher Gesehene zusammenfassen, ergibt sich folgender Punkt: Eine Depression verstärkt sich zu einem heftigen Sturm: