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Thema des Tages
Hoch Harald - ein stabiler Kollege
Eine Luftmasse ist labil oder stabil je nachdem, ob sie sich in einem
Gleichgewichtszustand befindet oder eben nicht.
Dabei hilft zunächst ein Blick in die Physik der Mechanik und wir
betrachten eine Kugel, die aus ihrer Ruheposition ausgelenkt wird.
Befindet sich die Kugel auf einer konkav gekrümmten Fläche, z.B. in
einer Mulde, wird die Kugel bei Auslenkung zwar hin und her rollen,
am Ende aber wieder in ihre vorherige Ruheposition zurückkehren. Sie
ist also stabil.
Befindet sich die Kugel auf einer konvexen nach oben gebogenen
Fläche, z.B. einem Hügel, reicht ein kleiner Anstoß, um die Kugel aus
der Gleichgewichtslage zu entfernen. Die Kugel kehrt nicht mehr
zurückkehrt, diesen Zustand nennt man labil.
Um dieses Prinzip auf die Atmosphäre zu übertragen, verwendet man die
sogenannte "Paketmethode". Man stelle sich dabei ein Luftpaket in
einer gegebenen Höhe vor, das sich in der Ruhelage, dem
"hydrostatischen Gleichgewicht" befindet. Dabei weist es dieselbe
Temperatur bzw. Dichte wie die Umgebungsluft auf. Dann wird dieses
Luftpaket vertikal ausgelenkt.
Eine stabil geschichtete Atmosphäre liegt vor, wenn die vertikale
Temperaturänderung des Luftpaketes größer ist als die der
Umgebungsluft. Bei einem nach oben gerichteten Anstoß kühlt sich das
Luftpaket stärker ab als die Umgebungsluft und ist somit schwerer.
Aufgrund des fehlenden Auftriebs kehrt das Luftpaket wieder um und
bewegt sich abwärts. Dabei erfolgt wiederum eine stärkere Erwärmung
als die Umgebungsluft und die Abwärtsbewegung kehrt sich ebenfalls
um, das Luftpaket steigt wieder wie ein Ballon auf. So kehrt es nach
einigen Ausgleichsschwingungen in seinen ursprünglichen
Gleichgewichtszustand zurück.
Bei einer labilen Schichtung ist die vertikale Temperaturänderung des
Luftpaketes kleiner als die der Umgebungsluft. Wird dann ein
Luftpaket nach oben ausgelenkt, ist es wärmer als die Umgebungsluft
und erfährt Auftrieb. Es steigt also immer weiter auf und kehrt nicht
mehr in den Ausgangszustand zurück. Ähnlich bei einer Auslenkung nach
unten, hier ist das Luftpaket kälter als die Umgebung und sinkt immer
weiter ab. In einer labilen Schichtung reichen also schon kleine
Anstöße aus, um große Auswirkungen zu erzielen.
Ob sich ein Gleichgewicht oder ein Ungleichgewicht einstellt, hängt
von der Verteilung von warmer und kalter Luft in der Atmosphäre ab.
Wenn sich kalte Luft, die dichter und damit schwerer ist, unter
warmer Luft befindet, liegt ein Gleichgewichtszustand vor. Diese
"Inversionen" können sehr ausdauernd sein und besonders im Herbst und
Winter oft tagelang in den Niederungen für trübes und kühles Wetter
sorgen, während es oberhalb der Inversion im Bergland strahlenden
Sonnenschein gibt. Eine stabile Luftschichtung kann sich z.B. durch
nächtliche Ausstrahlung des Bodens ergeben oder über einer
schneebedeckten Fläche. Auch können in der Höhe wärmere Luftmassen
herangeführt werden, die stabilisierend wirken.
Bei Labilität herrschen genau umgekehrte Verhältnisse. Labilisiert
wird eine Luftmasse tagesgangbedingt durch starke Sonneneinstrahlung
oder wenn Luftmassen über warmen Untergrund strömen. Beim Heranrücken
einer Kaltfront verdrängt kalte Luft die vorgelagerte warme Luft. In
der Höhe kommt diese oft schneller voran, so dass die kältere
Luftschicht über der noch warmen und feuchten Luft in den unteren
Atmosphärenschichten liegt. Hier stellt sich ein großer
Temperaturunterschied mit der Höhe ein und somit eine große
Labilität. Das kann bei ausreichender Feuchte die Ausbildung von
mächtigen Quellwolken und nachfolgend von kräftigen Schauern und
Gewittern zur Folge haben.
In Hochdruckgebieten wie unserem Kollegen Harald befindet sich die
Atmosphäre weitgehend im Gleichgewicht und sorgt heute mit stabilen
Verhältnissen für wenig Wolken und viel Sonnenschein. Lediglich an
den Alpen und im angrenzenden Vorland liegen Reste der feuchtwarmen
Luftmasse, die labiler geschichtet sind, was dort einzelne Schauer
und Gewitter möglich macht.
Dipl.-Met. Peggy Hofheinz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 31.08.2016
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst
Diesen Artikel und das Archiv der "Themen des Tages"
finden Sie unter www.dwd.de/tagesthema
Weitere interessante Themen zu Wetter und Klima finden
Sie auch im DWD-Wetterlexikon unter: www.dwd.de/lexikon
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Sie können diesen Newsletter über die Webseite
http://www.dwd.de/DE/service/newsletter/newsletter_thema_des_tages_node.html
zu jeder Zeit wieder abbestellen.
Mit freundlichen Grüßen
Ihre Pressestelle des DWD
Telefon: 069 8062 4501
Fax: 069 8062 4509
E-Mail: pressestelle@dwd.de
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Hoch Harald - ein stabiler Kollege
Eine Luftmasse ist labil oder stabil je nachdem, ob sie sich in einem
Gleichgewichtszustand befindet oder eben nicht.
Dabei hilft zunächst ein Blick in die Physik der Mechanik und wir
betrachten eine Kugel, die aus ihrer Ruheposition ausgelenkt wird.
Befindet sich die Kugel auf einer konkav gekrümmten Fläche, z.B. in
einer Mulde, wird die Kugel bei Auslenkung zwar hin und her rollen,
am Ende aber wieder in ihre vorherige Ruheposition zurückkehren. Sie
ist also stabil.
Befindet sich die Kugel auf einer konvexen nach oben gebogenen
Fläche, z.B. einem Hügel, reicht ein kleiner Anstoß, um die Kugel aus
der Gleichgewichtslage zu entfernen. Die Kugel kehrt nicht mehr
zurückkehrt, diesen Zustand nennt man labil.
Um dieses Prinzip auf die Atmosphäre zu übertragen, verwendet man die
sogenannte "Paketmethode". Man stelle sich dabei ein Luftpaket in
einer gegebenen Höhe vor, das sich in der Ruhelage, dem
"hydrostatischen Gleichgewicht" befindet. Dabei weist es dieselbe
Temperatur bzw. Dichte wie die Umgebungsluft auf. Dann wird dieses
Luftpaket vertikal ausgelenkt.
Eine stabil geschichtete Atmosphäre liegt vor, wenn die vertikale
Temperaturänderung des Luftpaketes größer ist als die der
Umgebungsluft. Bei einem nach oben gerichteten Anstoß kühlt sich das
Luftpaket stärker ab als die Umgebungsluft und ist somit schwerer.
Aufgrund des fehlenden Auftriebs kehrt das Luftpaket wieder um und
bewegt sich abwärts. Dabei erfolgt wiederum eine stärkere Erwärmung
als die Umgebungsluft und die Abwärtsbewegung kehrt sich ebenfalls
um, das Luftpaket steigt wieder wie ein Ballon auf. So kehrt es nach
einigen Ausgleichsschwingungen in seinen ursprünglichen
Gleichgewichtszustand zurück.
Bei einer labilen Schichtung ist die vertikale Temperaturänderung des
Luftpaketes kleiner als die der Umgebungsluft. Wird dann ein
Luftpaket nach oben ausgelenkt, ist es wärmer als die Umgebungsluft
und erfährt Auftrieb. Es steigt also immer weiter auf und kehrt nicht
mehr in den Ausgangszustand zurück. Ähnlich bei einer Auslenkung nach
unten, hier ist das Luftpaket kälter als die Umgebung und sinkt immer
weiter ab. In einer labilen Schichtung reichen also schon kleine
Anstöße aus, um große Auswirkungen zu erzielen.
Ob sich ein Gleichgewicht oder ein Ungleichgewicht einstellt, hängt
von der Verteilung von warmer und kalter Luft in der Atmosphäre ab.
Wenn sich kalte Luft, die dichter und damit schwerer ist, unter
warmer Luft befindet, liegt ein Gleichgewichtszustand vor. Diese
"Inversionen" können sehr ausdauernd sein und besonders im Herbst und
Winter oft tagelang in den Niederungen für trübes und kühles Wetter
sorgen, während es oberhalb der Inversion im Bergland strahlenden
Sonnenschein gibt. Eine stabile Luftschichtung kann sich z.B. durch
nächtliche Ausstrahlung des Bodens ergeben oder über einer
schneebedeckten Fläche. Auch können in der Höhe wärmere Luftmassen
herangeführt werden, die stabilisierend wirken.
Bei Labilität herrschen genau umgekehrte Verhältnisse. Labilisiert
wird eine Luftmasse tagesgangbedingt durch starke Sonneneinstrahlung
oder wenn Luftmassen über warmen Untergrund strömen. Beim Heranrücken
einer Kaltfront verdrängt kalte Luft die vorgelagerte warme Luft. In
der Höhe kommt diese oft schneller voran, so dass die kältere
Luftschicht über der noch warmen und feuchten Luft in den unteren
Atmosphärenschichten liegt. Hier stellt sich ein großer
Temperaturunterschied mit der Höhe ein und somit eine große
Labilität. Das kann bei ausreichender Feuchte die Ausbildung von
mächtigen Quellwolken und nachfolgend von kräftigen Schauern und
Gewittern zur Folge haben.
In Hochdruckgebieten wie unserem Kollegen Harald befindet sich die
Atmosphäre weitgehend im Gleichgewicht und sorgt heute mit stabilen
Verhältnissen für wenig Wolken und viel Sonnenschein. Lediglich an
den Alpen und im angrenzenden Vorland liegen Reste der feuchtwarmen
Luftmasse, die labiler geschichtet sind, was dort einzelne Schauer
und Gewitter möglich macht.
Dipl.-Met. Peggy Hofheinz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 31.08.2016
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst
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