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Bodenwetterkarten entstehen in der Weise, dass man an jeder
Wetterstation den auf Meereshöhe reduzierten Luftdruck einträgt.
Die Luftdruckangaben beziehen sich also auf
eine
Einheitshöhe, in diesem Fall auf Null Meter oder was dasselbe
bedeutet wie auf "Normal Null" (NN). Orte mit gleichem Luftdruck werden
dann durch Linien, die
Isobaren, miteinander verbunden.
Im Gegensatz dazu ist bei Höhenwetterkarten die Bezugsgröße
nicht eine Einheitshöhe, sondern hier
werden unterschiedliche Höhen erfasst, die den gleichen Luftdruck
aufweisen. So kann beispielsweise ein Luftdruck von 500 HPa
zur gleichen Zeit an verschiedenen Orten in einer Höhe von 5500 m, aber
auch in 5800 m oder 5300 m vorliegen. Die nachfolgende Abbildung, die
freundlicherweise von Herrn Forkel (http://www.m-forkel.de)
zur Verfügung gestellt wird, veranschaulicht den Zusammenhang von
Luftdruck und Höhe. Man erkennt, dass h1
einen geringeren Abstand zur Erdoberfläche besitzt als
h2, beide besitzen jedoch den gleichen
Luftdruck.
Während
Bodenwetterkarten
zweidimensional dargestellt werden, also in Länge und Breite, kommt bei
Höhenwetterkarten die Höhe als dritte Dimension hinzu. Orte in der
Atmosphäre, die den gleichen Luftdruck besitzen, werden analog zu den
Isobaren mit Linien verbunden, den Isohypsen.
Sie verbinden also Orte derjenigen Höhenschicht, die den gleichen
Luftdruck aufweisen. Die nachstehende Satellitenaufnahme mit den
eingezeichneten Isohypsen verdeutlicht nochmals die Zusammenhänge:
Beispielsweise betrachten wir die 584 HPa-Isohypse, die am linken
Bildrand etwa in halber Höhe beginnt und in Richtung Bildmitte verläuft,
um dann senkrecht nach unten (nach Süden) abzuknicken, das Tief (573 hPa)
zu umlaufen und anschließend am unteren Bildrand nach rechts (nach
Osten) sich weiter fortsetzt.
Alle Orte der Atmosphäre, die auf dieser
Isohypse liegen, weisen einen Luftdruck von 500 hPa auf. Was bedeutet nun
aber die Zahl 584? Sie gibt die Höhe über dem Erdboden an und zwar in
geopotentiellen Dekametern (gpdm), wobei 1 gpdm annähernd 10 m entspricht. Die Zahl 584 bedeutet also eine Höhe von
5840 m Höhe über dem Erdboden bzw. über der Meeresoberfläche.
Um es nochmals zu verdeutlichen: Alle
atmosphärischen Orte in obiger Karte haben den gleichen Luftdruck von
500 hPa, aber sie können unterschiedliche Höhen über dem Boden haben,
alle Orte auf der Isohypse 576 haben einen Bodenabstand von 5760 m, alle
Orte auf der Isohypse 524 sind 5240 m hoch und so weiter.
Eine besondere Bedeutung kommt der Isohypse
552 zu, sie ist in allen 500 hPa - Karten deutlich hervorgehoben. Sie
trennt wärmere von kälteren Luftströmungen. Dies erkennt man in obiger
Karte an den Farben: Die Tiefs sind grünlich oder blau, die Hochs
gelblich bis bräunlich eingefärbt. An der neben der Karte angeordneten
Temperaturskala lassen sich die entsprechenden Temperaturen ablesen.
Aus dieser Karte lassen sich weitere Daten
entnehmen, nämlich Luft- und Taupunkttemperatur, Höhe, Windrichtung und
Windgeschwindigkeit. Bei der Höhenangabe ist dabei zu beachten, dass sie
in gpdm angegeben ist und die Tausenderstelle weggelassen wird.
Nachfolgend die Einheiten:
Windrichtung, aus der er weht (0-360°)
Windgeschwindigkeit (Knoten) Lufttemperatur (°C) Druckhöhe (gpdm/NN)
Taupunkttemperatur (°C)
Aus der Meldung am linken Bildrand in Höhe
der Bildmitte können beispielsweise folgende Informationen herausgelesen werden: Es
herrscht eine Temperatur von -7° C, die Taupunkttemperatur beträgt -25° C, der Ort der Messung ist 5980 m hoch, der Wind weht mit 5 Knoten aus
westlicher Richtung.
Natürlich fragt man sich, wie diese Daten
ermittelt werden können. Weltweit lassen etwa 500 Wetterstationen um
Mitternacht Weltzeit (UTC) und jeweils 12 Stunden später Ballons mit
Radiosonden bis in etwa 25 bis 30 km Höhe aufsteigen, die dann die
Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und den Luftdruck über Funk an die
Bodenstationen senden. Die Bahnen der Ballons werden mit Radar verfolgt,
so dass auch die Richtung und Geschwindigkeit der Höhenwinde bestimmt
werden können. Die Höhe schließlich lässt sich bei der Datenauswertung
mittels der Höhenformel berechnen.
Höhenformel
h = Höhe über Normalnull in Metern ph = Druck in der Höhe h in hPa
Dabei ist jedoch zu
beachten, dass der Berechnung nicht der aktuelle atmosphärische Zustand
zugrunde liegt, sondern von einer mittleren Atmosphäre ausgegangen wird.
Es kann also zu Abweichungen kommen.
Der 500 hPa-Fläche kommt eine
besondere Bedeutung zu, da sie die Atmosphäre, von der Masse her
betrachtet, in zwei Hälften teilt d.h. sie hat jeweils eine Hälfte
der Atmosphärenmasse über sich und unter sich. Nach der
Standardatmosphäre liegt sie 5600 m hoch, die aktuelle Höhe schwankt
jedoch zwischen 4900 m und bis zu 6000 m.
Was ist die Ursache solch erheblicher
Schwankungen?
Aus der obersten Abbildung dieses
Beitrags kann man erkennen, dass das 500 hPa-Niveau dann niedriger
liegt (h1), wenn sich darunter kalte
Luft befindet. Diese hat eine höhere Dichte und deshalb ist bei
einem gegebenen Volumeninhalt mit gleicher Grundfläche die
Ausdehnung nach oben niedriger als dies bei wärmerer Luft der
Fall ist. Weil unter (h2) die Luft warm
ist, hat sie eine geringere Dichte als unter (h1)
und benötigt bei gleicher Grundfläche ein größeres Volumen d.h. die
vertikale Ausdehnung ist größer als bei (h1).
Neben der 500 hPa - Fläche werden zweimal
täglich aus den Aufstiegen der Wetterballons um Null Uhr und 12 Uhr
UTC die Höhen der 850-, 700-, 300-, 200- und 100 hPa -
Hauptdruckflächen berechnet, kartenmäßig erfasst und ausgewertet.
Sie entsprechen mittleren Höhen von 1,5; 3; 9, 12 und 16 km.
Welche Aussagen kann der
Hobbymeteorologe nun für die Vorhersage des Wetters am Boden aus den
Karten entnehmen?
Ein Blick auf die 500 HPa - Karte oben
zeigt, dass die Windrichtung parallel zu den Isohypsen verläuft, da
keine Bodenreibung vorhanden ist. Ähnlich wie auf der Erdoberfläche
ist die Windgeschwindigkeit hoch, wenn der Abstand zwischen den
Isohypsen gering ist und umgekehrt. Weiter oben erwähnte ich bereits
die 552 HPa - Isohypse, sie trennt bekanntlich wärmere von kälteren
Luftströmungen. Aus den polaren Hochdruckgebieten fließt Luft in
Richtung Äquator bis weit in die gemäßigten Breiten, andererseits
strömt Luft aus den Subtropen polwärts in die gemäßigten Breiten
hinein. Dort wo sie aufeinander treffen, treten starke
horizontale Temperaturgegensätze auf, es entsteht die
Polarfront,
die auch als Frontalzone
bezeichnet wird. An ihr bilden sich die von West nach Ost wandernden
Tiefdruckgebiete der gemäßigten Breiten, die durch ihre
Strömungssysteme auf der Vorderseite warme Luft nach Norden und auf
der Rückseite kalte Luft nach Süden lenken. Auf diese Weise sorgen
sie für einen Ausgleich der vorhandenen Temperaturgegensätze. Um
also die Polarfront auf der 500 HPa - Karte zu finden, sucht man nach
Bereichen mit großen Temperaturgegensätzen. Zusätzlich vergleicht
man in einer weiteren Höhenwetterkarte, nämlich der 300 HPa - Karte, die entsprechende geographische Gegend (in etwa 9000 m Höhe).
Herrschen dort hohe Windgeschwindigkeiten (größer als etwa 60 bis 70 Knoten
≈ 111 bis 130 km/h)*), kann man davon ausgehen, dass es sich bei dem Bereich mit
den großen Temperaturgegensätzen um die Frontalzone handelt.
*) 1 Knoten entspricht 1.853 km/h
Die Polarfront ist also gekennzeichnet
durch starke Temperaturgegensätze und mit der Höhe zunehmenden
Windgeschwindigkeiten. Diese von West nach Ost wehenden Strömungen
erreichen in Höhen von etwa 9 km 150 bis 200 Knoten (≈ 280 bis
370 km/h), manchmal sogar bis zu 300 Knoten (≈ 555 km/h) und sind einige
hundert km breit. Sie werden als
Jetstream oder Strahlstrom
bezeichnet und können zuweilen die ganze Erde umlaufen. Die
Frontalzone ist jedoch niemals ein gleichmäßiges Windband, das
breitenkreisparallel verläuft. Vielmehr ist sie infolge thermischer
Unregelmäßigkeiten instabil, was zu
mehr oder weniger großen wellenförmigen Ausbuchtungen führt. In
Anlehnung an Flusswindungen spricht man deshalb von
mäanderförmigen Ausbuchtungen. Die auf diese Weise gebildete
Luftmassengrenze zwischen warmer Subtropen- und kalter Polarluft
wird Rossby - Welle genannt. Sie kann
bis zu 10.000 km Länge erreichen. Die nachfolgende Abbildung
veranschaulicht diese Entwicklung.
Mäandriert nun die
Polarfront stark, dann haben die nach Norden weisenden großen Schlingen,
die Höhenrücken sowie die
Ausbuchtungen nach Süden, die Höhentröge,
nur eine geringe West - Ost - Verlagerung, man spricht dann von einer
meridionalen Wetterlage. Verläuft sie
verhältnismäßig glatt entlang den Breitenkreisen, dann verlagert sie sich
sehr schnell von West nach Ost, dabei handelt es sich um eine
zonale Wetterlage.
Durch Messungen in
unterschiedlichen Höhen hat man herausgefunden, dass sich die
Tiefdruckgebiete mit der Höhenströmung verlagern d.h. von der
Höhenströmung gesteuert werden. Dabei ist ihre Geschwindigkeit etwa halb
so hoch wie die Windgeschwindigkeit in etwa 5000 m Höhe. Weiterhin sind
Höhenrücken und Höhentröge von zentraler Bedeutung für das
Wettergeschehen am Boden. Im Bereich der Höhenrücken strömt Luft ein,
die nur nach unten ausweichen kann. Infolgedessen stellt sich am
Boden Druckanstieg mit Erwärmung der Luft und Wolkenauflösung ein.
Im Bereich der Höhentröge strömt Luft nach oben, dabei kühlt sie sich
ab und es kommt zur Abkühlung mit Wolkenbildung und möglichen
Niederschlägen.
An drei Beispielen will
ich die Bedeutung der zonalen bzw. der meridionalen Wetterlagen nochmals
erläutern:
-
Bei zonaler Wetterlage werden vom Atlantik
in ununterbrochener Folge Tiefdruckgebiete mit feuchter Meeresluft in
Richtung Mitteleuropa gesteuert. Sie bewirken hier im Sommer kühle, im
Winter relativ milde Witterungslagen, insgesamt ist das Wetter
wechselhaft.
-
Bei meridionaler
Wetterlage können Höhenrücken oder Höhentröge längere Zeit über
Mitteleuropa liegen. Liegt beispielsweise im Sommer mehrere Tage oder
gar Wochen ein Höhenrücken über Europa, dann haben wir trockenes und
warmes Wetter, so geschehen im Sommer 2003, da die vom Atlantik
heranziehenden Tiefs nach Norden abgelenkt werden.
-
Im Winter hingegen
ist er die Ursache für eine kalte Witterung. Ein Höhentrog im Sommer
bewirkt eine weitgehend kühle und regenreiche Witterung mit
eingelagerten häufigen Gewittern, im Winter ist die Witterung dann
ebenfalls niederschlagsreich, aber relativ mild.
Abschließend deshalb
mein Rat an den Leser dieser Zeilen: Wollen Sie das Wetter für Ihren
Wohnort anhand von Wetterkarten selber vorhersagen, dann sehen Sie nach,
ob Sie sich im Bereich eines Höhenrückens oder eines Höhentroges
befinden und vergleichen Sie die Bodenwetterkarten für
Mitteleuropa mit den Höhenwetterkarten. Weiterhin sollten sie Ihr
Augenmerk darauf richten, ob wir eine zonale oder meridionale Wetterlage
zu diesem Zeitpunkt haben.
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