Im Thema des Tages vom 10.11.2019 wurden die Grundlagen zu diesem Thema dargelegt. Im heutigen zweiten Teil sollen konkrete praktische Anwendungen gerade im Hinblick auf das Winterhalbjahr beleuchtet werden.
Wir kommen nochmal auf das oben genannte Thema des Tages (https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2019/11/10.html) zurück und schließen nahtlos an die dort ausgeführten praktischen Anwendungen an.
Also, wofür sind Radiosondenaufstiege oder auch Soundings genannt, nützlich in der Meteorologie, gerade jetzt im Winter?
Anhand von Soundings lässt sich unter anderem erkennen, in welchen Höhen sich Wolken befinden oder ob Nebel auftritt. Ebenso kann man daraus ablesen, ob es im Winter in der Höhe eine Schicht mit Temperaturumkehr und eventuell positiven Temperaturen (Inversion genannt) gibt, die bei Niederschlag und Frost am Boden mitunter für Regen mit Glatteisbildung sorgen kann. Zudem lässt sich mit Hilfe dieser Diagramme relativ schnell sagen, ob Schnee oder Regen am Boden zu erwarten ist.
In der Grundschicht (auch planetarische Grenzschicht genannt, unterste Schicht der Atmosphäre, i.d.R. bis ca.1500 m oder rund 850 hPa) kann man direkt Temperatur und Taupunkt ablesen und darauf auf den jeweiligen Feuchtezustand innerhalb der Grundschicht schließen. Je näher die Kurven zusammenliegen, desto höher die relative Luftfeuchte.
Dabei ist in der Vertikalen auch die Dicke der Schicht wichtig, durch die die Hydrometeore fliegen und der jeweilige Sättigungsgrad (relative Luftfeuchtigkeit) der umgebenden Schicht. Das beschreibt
z.B. den Effekt, dass Schnee auch bei höheren Temperaturen in Erdbodennähe fallen kann, wenn die untere Schicht trockener ist und die Schneekristalle durch Verdunstungskühlung eben nicht so schnell schmelzen.
Bevor ein konkretes und anschauliches Beispiel zur Ableitung der Niederschlagsphase folgt, sollen zuvor zum besseren Verständnis noch einige Erläuterungen zur Darstellungsweise und Interpretation auf den Diagrammen gemacht werden:
Auf der horizontalen Achse der angefügten Grafik ist die Temperatur abgebildet, auf der vertikalen Achse die Höhe in Hektopascal (Einheit für den Luftdruck). Der Luftdruck nimmt mit der Höhe ab und für Meteorologen ist es wichtig zu wissen, auf welchem Druckniveau (z. B. 850 hPa (etwa 1500m)) welche Temperatur herrscht. Die durchgezeichnete Linie ist der Verlauf der Temperatur, die gestrichelte Linie zeigt den Taupunkt als Feuchtemaß an.
Um jetzt die Niederschlagsphase in Stationshöhe abzuleiten, liest man zunächst in 850 hPa die Temperatur ab. Dann geht man auf der Feuchtadiabaten (nach links oben steiler gekrümmte blaue Linien, siehe: https://www.dwd.de/DE/service/lexikon, Suchbegriff Adiabatische Zustandsänderung) bis zur Untersättigung (relative Luftfeuchtigkeit unter 100%, d.h. Taupunkt der Luft ist niedriger als die Temperatur) hinunter im Sounding. Anschließend fährt man entlang der Trockenadiabaten (flacher verlaufende grüne Kurven nach links oben, siehe ebenso Wetterlexikon) weiter bis zum Boden bzw. zur Stationshöhe. Dort erhält man die potentielle Äquivalenttemperatur (siehe ebenso Wetterlexikon) in Stationshöhe, wobei diskrete Werte direkte Rückschlüsse auf die Niederschlagsphase ermöglichen.
Schauen wir uns nun mal konkret das Sounding von Lindenberg vom 16.03.2018, 13 Uhr MEZ an, um das Gesagte anschaulich darzustellen: in 850 hPa beträgt die Lufttemperatur rund -5 Grad. Dort ist der Taupunkt gleich der Lufttemperatur (liegt ebenso bei rund -5 Grad),
d.h. es herrscht Sättigung (relative Luftfeuchtigkeit beträgt 100%). Daher können wir zunächst eine benachbarte Feuchtadiabate parallel verschieben (siehe Grafik, gekrümmte blaue Linie) und bis zum Zustand der Untersättigung (rote Linie auf ca.950 hPa) hinuntergehen. Danach verschieben wir eine benachbarte Trockenadiabate parallel und gehen auf dieser bis auf Stationshöhe hinunter. Dort kommen wir bei ca.+7 bis +8oC (oder rund 280 K) heraus. Das ist die Potentielle Äquivalenttemperatur (in K = Kelvin, wobei 0oC rund 273 K entsprechen) in Stationshöhe. Bei Werten >= 12 K (Grenze für reine Schneephase) ist mit Schneeregen, bei Werten >15 K meist mit Regen zu rechnen. Die Beobachtungsdaten von 13 Uhr MEZ zeigen, dass dort leichter Schneefall beobachtet wurde.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die potentielle Äquivalenttemperatur viel über den Feuchte- und Wärmegehalt der (darüber liegenden) Luftmasse aussagt und daher als Indikator für die Niederschlagsphase außerordentlich hilfreich ist. Das funktioniert selbst dann zuverlässig, wenn innerhalb der Grundschicht eine Inversion (also Temperaturzunahme mit der Höhe, wie im betrachteten Beispiel) vorliegt.
Dr. rer. nat. Jens Bonewitz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 01.12.2019
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