Kleine Synoptikkunde (3) – Alles dreht sich

Im dritten Teil unserer kleinen Synoptikkunde dreht sich – buchstäblich – alles um das Drehen. Es geht um Wirbel, die damit verbundene wichtige Größe „Vorticity“ und wofür man sie in der Wettervorhersage braucht.

In den letzten Folgen der kleinen Synoptikkunde beschäftigten wir uns mit Geopotenzial und dessen Verteilung in Rücken und Trögen. Dabei konnte man sehen, dass Rücken und Tröge gekrümmt sind. Diese Krümmungen spielen bei der Wettervorhersage eine wichtige Rolle, denn an ihr lassen sich das Aufsteigen und Absinken von Luftmassen und die damit verbundene mögliche Bildung von Druckgebieten herleiten.

Die Vorticity ist ein Maß für die Stärke eines Wirbels. Man kann sich dabei einen Eiskunstläufer (oder eine Eiskunstläuferin) vor, der fleißig Pirouetten auf dem Eis dreht. Je schneller er (oder sie) sich dreht, desto mehr Vorticity ist im Spiel. Genauso verhält es sich mit der Atmosphäre.

In der Meteorologie betrachtet man dabei ein einzelnes Luftpaket (z.B. einen Würfel). Dieses kann sich z.B. auf einer Kurvenbahn bewegen. Durch eine solche Bewegung erhält es absolute Vorticity, da das Luftpaket als Ganzes bewegt wird. Dies ist z.B. der Fall, weil die Erde rotiert. Ein Luftpaket kann aber auch in sich selber verwirbelt werden. Dann besitzt es relative Vorticity. Beide Komponenten zusammen ergeben dann die gesamte Vorticity des Luftpakets.

Betrachten wir weiter die relative Vorticity, so unterscheidet man zwischen sogenannter Krümmungs- und Scherungsvorticity (siehe Abb. 1). Krümmungsvorticity tritt auf, wenn eine Luftströmung ihre Richtung ändert. Dort ist die Vorticity entsprechend groß, da die Luft quasi „gedreht“ wird. Scherungsvorticity erhält man, wenn die Luft unterschiedliche Geschwindigkeiten besitzt. Betrachten wir wieder unser Luftpaket, so wird es an einer solchen Grenze auf der einen Seite stärker bewegt als auf der anderen, und wird damit in Rotation versetzt (siehe Abb. 1). Es erhält also auch hier Vorticity. Krümmungs- und Scherungsvorticity können in Kombination auftreten, sich gegenseitig verstärken oder aufheben.

Entscheidend für die Wettervorhersage ist aber nicht die Vorticity alleine, sondern deren Änderung, bzw. Advektion (d.h. Heranführung). Hebung – und damit Konvektion oder Druckabfall am Boden – findet in einem Bereich statt, in dem positive (zyklonale) Vorticity advehiert wird. Zusätzlich muss die Advektion mit der Höhe auch noch zunehmen. Das nennt man dann „differenzielle positive Vorticityadvektion“, und diese ist mitentscheidend für die Entstehung von Tiefdruckgebieten am Boden.

M.Sc. Met. Felix Dietzsch

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 11.09.2020

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