ppt-Dokument der 16. Übung

16. Übung: Gewitterindizes & potenzielle Labilität
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• Donnerstag, 17. Dezember 2015, 11:45 Uhr
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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
K-Index
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)]
K-Index
Wahrscheinliche Witterung
< 15
Keine Schauer und Gewitter
Dann
sich für
den TT-Index folgende Aussagen treffen:
< 20 lassenKeine
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%)
TT-Index
Etwas einfacher als der K-Index ist der Totals-Totals-Index (TTIndex) 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
S-Index
Der S-Index ist folgendermaßen definiert:
S-Index = 2 [T(850 hPa) – T(500 hPa)]
– [T(850 hPa) – Td(850
hPa)]
x
Wert für [T(850 hPa) – T(500 hPa)]
0
25
2
23-24
6
22
hPa) – Td(700 hPa)] - x
Dabei gilt für x:
S-Index
Wahrscheinliche Witterung
46
Zahlreiche Gewitter
40-45
Gewitter sind vereinzelt möglich
< 40
Keine auftretenden Gewitter
– [T(700
KO-Index
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
• 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.
• 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:
RLTv
dz  
d ln p
g
z. B. vertikale Hebung um 10 hPa, dann gilt:
190/200:  lnp = 0,05
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
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.
• 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.
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
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.
• 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
• 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.
• Profile potenzieller Temperaturen
Die pseudopotenzielle Temperatur
(qe) des pseudoadiabatisch
aufsteigenden Luftpakets bleibt
während des Aufstiegs erhalten.
Ein Test auf Auftrieb durch
Vergleich mit qe der Umgebung
reicht nicht, da qe stark vom
aktuellen Mischungsverhältnis (m)
abhängt. qe 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.
LZB
LFC
Quelle: Holton (1992), Fig. 9.10
• Profile potenzieller Temperaturen
Ein hinreichendes Kriterium für
Auftrieb ist:
qe Luftpaket (z) > q*e (z)
In der Abbildung steigt ein
Luftpaket vom Boden mit dem
Bodenwert eines TEMPS von qe
auf. Dieser Wert bleibt erhalten
(vertikale gestrichelte Linie). Im
ersten Schnittpunkt mit q*e der
Umgebung liegt das LFC, im
zweiten Schnittpunkt das LZB.
Bem.: Bei einer labil geschichteten
Atmosphäre liegt das LFC tiefer.
LZB
Auftrieb
LFC
Quelle: Holton (1992), Fig. 9.10
• Profile potenzieller Temperaturen
Die vertikale Änderung der
pseudopotenziellen Temperatur
kann als Indikator für potenzielle
Instabilität verwendet werden:
LZB
Auf-
potenziell labil
trieb
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.
LFC
Quelle: Holton (1992), Fig. 9.10
• Profile potentieller Temperaturen
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.
LZB
LFC
Quelle: Holton (1992), Fig. 9.10
• Statische Stabilität, potenzielle Temperaturen
potenzielle
Temperatur
q
absolut
labil
- Erhalten bei Aufstieg ohne
Kondensation
pseudopotenzielle
Temperatur
qe
potenziell
labil
- Auslösung durch Hebung einer
Schicht
- Erhalten bei
pseudopotenziellem Aufstieg
pseudopotenzielle
Temperatur bei
Sättigung
qe
feuchtlabil
- Erhalten beim Aufstieg in einer
Wolke bzw. in einer gesättigten
Atmosphäre
„wet-bulb
potential
temperature“
qw
*
*
und
bedingt
labil
feuchtlabil
- Erhalten in gesättigten Aufund Abwindschläuchen
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
Übungsaufgaben:
• Training bzgl. des Alphabets der Wetterbesprechung
• Abgabe: Donnerstag, 17. Dezember 2015
 Wetterlage vom 20. Januar 2014