Atmosphärischer Fluss oder Warm Conveyor Belt?

Extreme Niederschläge in Verbindung mit intensiven außertropischen Zyklonen können mitunter zu Überschwemmungen führen, wenn letztere über Land ziehen.

In der Fachliteratur gibt es eine Debatte über den Zusammenhang zwischen Warm Conveyor Belts (WCB oder auch warme Transportbänder genannt) und atmosphärischen Flüssen. Um Verwirrung zu vermeiden, soll zunächst eine begriffliche Klärung erfolgen. Ein atmosphärischer Fluss ist ein langer und schmaler Korridor mit starkem horizontalen Wasserdampftransport. Letzterer wird anhand eines Schwellwerts für den vertikal integrierten Wasserdampftransport (IVT) identifiziert und befindet sich typischerweise vor der Kaltfront in intensiven außertropischen Zyklonen, wo sowohl die Werte für die spezifische Feuchte der Luft als auch die horizontalen Windgeschwindigkeiten in der unteren Troposphäre relativ hoch sind.

Ein warmes Transport- oder Förderband (WCB) ist eine relative Luftströmung zur Zyklone, die von der atmosphärischen Grenzschicht bis in die obere Troposphäre aufsteigt.

Die exakten dynamischen Mechanismen, durch die feuchte Luft in die Zyklonen transportiert wird, sind jedoch bislang nur unzureichend verstanden. Die Analyse einer Vielzahl von Zyklonen zeigt jedoch, dass innerhalb des Warmsektors einer Zyklone die Luftströmung relativ zur Ausbreitungsrichtung der Zyklone rückwärtsgerichtet ist. Diese niedertroposphärische Luftströmung (die so genannte Feeder-Strömung) verlangsamt sich, wenn sie die Kaltfront erreicht, was zu einer Konvergenz der Feuchteströme und damit zur Bildung eines Bandes mit hohem Feuchtegehalt führt.

Ein Zweig der Feeder-Luftströmung geht in Richtung Zentrum der Zyklone und liefert Feuchte an die untere Basis des warmen Förderbandes (auch Warm Conveyor Belt genannt), der in der Folge langsam aufsteigt und sich somit Niederschlag bildet (siehe Bild 1). Der andere Zweig dreht sich vom Tiefzentrum weg und führt Feuchte (oder Wasserdampf) aus der Zyklone heraus. In Zugrichtung der Zyklone führt dieser Export zu einem Filament mit sehr hohem spezifischen Feuchtegehalt in der Luft (Feuchtekonvergenz), der die Zugbahn der Zyklone regelrecht markiert (und oft zur Identifizierung atmosphärischer Flüsse verwendet wird). Es wurde festgestellt, dass sowohl die Niederschläge im Rahmen des Tiefs als auch der Wasserdampftransport zunehmen, wenn die Feuchtigkeit im Feeder-Luftstrom anwächst. Damit lässt sich grob gesagt die Verbindung zwischen atmosphärischen Flüssen und den Niederschlägen erklären, die aus dem Aufstieg des Warm Conveyor Belts (WCB) resultieren. Im nachfolgenden Bild sind die wesentlichen Luftströmungen nochmals zusammengefasst.

Bild 1: Schema der Luftströmungen relativ zur Zyklone, überlagert mit den typischen Merkmalen des Bodentiefs. Kalt- und Warmfront (schwarz), Niederschlag (dunkelblaue Schattierung) und hohe Werte des Gesamtwasserdampfgehaltes in der Luftsäule (TCWV, hellblaue Schattierung). Aufsteigendes warmes Förderband (WCB; rot), aufgespalten in einen unteren zyklonal eindrehenden und einen oberen antizyklonal abdrehenden Ast. Rückwärts fließender Feeder-Luftstrom in der unteren Troposphäre (FA; grün), gesplittet in einen unteren zyklonal eindrehenden und einen oberen antizyklonal abdrehenden Zweig (in Richtung WCB). Absinkende stratosphärische dry Intrusion (DI; gelb), erneut aufgeteilt in einen unteren antizyklonal drehenden Ast und einen oberen zyklonal eindrehenden Ast. Quelle: Journal of Hydrometeorology 20, 6 via DWD.

Im Thema des Tages vom 11.01.2023 wurde bereits über die Auswirkungen und regionale Verbreitung atmosphärischer Flüsse berichtet

Der Impact solcher Extremwetterereignisse liegt auf der Hand, wie aktuell an der Westküste der USA oder aber bei so genannten rapiden Zyklogenesen über Teilen des Nordatlantik mit ausgeprägten WCB’s, die West- und zuweilen auch Mitteleuropa mit heftigen Regenfällen (kombiniert mit veritablen Sturmlagen) bevorzugt im Winterhalbjahr beeinflussen können.

Dipl.- Met. Dr. Jens Bonewitz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 12.01.2023

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