Das Wetter und der Klimawandel

Am 10. Dezember 2011 entwickelte sich ein ungewöhnlicher Tiefdruckwirbel über dem Atlantik in der östlichen Karibik. Auf dem Satellitenbild scheint er irgendwie – zumindest optisch – mit dem Subtropenjetstream verbunden, der als auffälliges Wolkenband quer über den Arlantik und Nordafrika bis zur Iberischen Halbinsel  erscheint.

Die Höhenströmung des Subtropenjetstreams schraubt sich in Bewegungsrichtung von West nach Ost. Dabei werden die Luftmassen auf der wärmeren Südseite gehoben, wodurch sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit Wolken bilden, um dann auf der kühleren Nordseite wieder abzusinken. Der Subtropenjetstream wird vor allem durch latente Wärme aus der tropischen Hadley-Zirkulation angetrieben. Der Temperaturkontrast zwischen warmen und kalten Luftmassen spielt – anders als bei dem Polarfrontjetstream der mittleren Breiten – nur eine untergeordnete Rolle. Auch die Bildung von Tiefdrucksystemen wird in der meteorologischen Literatur im Zusammenhang mit dem Subtropenjetstream nirgendwo beschrieben, jedenfalls soweit ich weiß.

Satellitenbild vom 10. Dezember 2011 06:00 UTC ((RGB-Airmass; grün = tropische Warmluft, blau = polare Kaltluft, weiß = hohe Wolken, ockergelb = mittelhohe Wolken, rot = absinkende Luftmassen in der Stratosphäre zeigen Tiefdruckgebiete. Diese „saugen“ die Luft nicht nur von unten an, sondern auch von oben. Dadurch bildet sich eine Tropopausenfalte und die darüber befindliche stratosphärische Luft beginnt abzusinken): Die Frontalzone liegt relativ weit im Norden. Mit der starken westlichen Höhenströmung des Polarfrontjetstreams gelangen immer wieder Tiefdruckwirbel und milde Meeresluft nach Europa. Im Nordwesten der Iberischen Halbinselund sieht man einen Kaltlufttropfen ( Cut-Off-Tief mit Polarluft), der sich von der Frontalzone abgeschnürt hat. Der Tiefdruckwirbel ganz weit im Westen, schon nahe der Karibik, erscheint mit dem Subtropenjetstream verbunden, der als langestrecktes Wolkenband quer über den Atlantik und Nordafrika bis zur Iberischen Halbinsel erkennbar ist. Quelle: EUMETSAT

Und doch sieht es auf dem Satellitenbild so aus, als ob genau das passiert ist. Könnte es also sein, daß der optische Eindruck nicht täuscht und das Tiefdrucksystem tatsächlich aus dem Subtropenjetstream hervorgegangen ist? Vielleicht indem eine der Rossby-Wellen des Subtropenjetstreams bricht und daraus der Tiefdruckwirbel entsteht!?

Wetterlage am 10. Dezember 2011 06:00 UTC. Auf der Satellitenaufnahme ist die Höhenströmung der Jetstreams durch Windpfeile eingezeichnet. Die Farben der Pfeile zeigen die unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten an. Über dem Osten der Karibik hat sich innerhalb des von West nach Oste strömenden Subtropenjetstreams in einem kleinen Bereich eine gegenläufige Strömung ientgegen dem Uhrzeigersinn ausgebildet, ein Tiefdruckwirbel, der vielleicht durch das Brechen einer Rossby-Welle entstanden ist. Innerhalb eines Jetstreams bilden sich immer wieder Rossby-Wellen und pflanzen sich in Strömungsrichtung fort. Quelle: Naval Research Laboratory 

Dieser Tiefdruckwirbel ist an den Luftdruckverhältnissen in Meeresspiegelhöhe nicht zu erkennen, denn die Isobaren zeigen lediglich ein ausgedehntes Hochdruckgebiet an. Bei den Isohypsen der 500hPa – Fläche gibt es dagegen eine kleine Auffälligkeit im Bereich des Tiefs.

Wetterlage am 10. Dezember 2011 06:00 UTC. Links: Die auf dem Satellitenbild eingezeichneten hellblauen Isobaren zeigen den Luftdruck in Meeresspiegelhöhe (Bodenluftdruck). Die Isobaren verbinden Orte gleichen Luftdrucks miteinander. Rechts: Die auf dem Satellitenbild hellblau eingezeichneten 500 hPa-Isohypsen zeigen indirekt den Verlauf der Höhenluftströmung in ca. 5,5 – 6 km Höhe.  und die Höhenströmng. Die 500 hPa- Isohypsen beschreiben eine Fläche, entsprechend der Höhe über dem Boden, in welcher der Luftdruck auf 500 hPa gefallen ist (Höhenangaben in Dekametern). In warmer Luft, die sich in der Vertikalen mehr ausdehnt als kalte Luft nimmt der Luftdruck mit  der Höhe entsprechend weniger ab, so daß die 500 hPa-Fläche also erst in größerer Höhe erreicht wird. Die Isohypsen verbinden Orte miteinander, die jeweils in derselben Höhe liegen. Liegen die Isohypsen eng beieinander, dann besteht ein starkes Temperatur- und Druckgefälle zwischen den Luftmassen. Da dieses Temperatur- und Druckgefälle die Höhenströmung antreibt, zeigen die Isohypsen auch den Verlauf und die Stärke dieser Strömung. Quelle: Naval Research Laboratory 

Ein ähnlicher Entstehungsmechanismus wie hier für den Tiefdruckwirbel des Subtropenjetstreams vorgeschlagen, wird auch für die Hoch- und Tiefdrucksysteme der Gasriesen angenommen. In unserem Sonnensystem sind das die Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. In den mächtigen Atmosphären dieser Planeten gibt es Jetstreams, die wie der Subtropenjetstream der Erde hauptsächlich  durch latente Wärme angetrieben werden. Innerhalb der Jetstreams bilden sich Rossby-Wellen. Wenn diese brechen, dann entstehen gewaltige Hoch- und Tiefdruckwirbel, welche wesentlich länger überdauern als die der Erde,  da es auf den Gasriesen keine feste Planetenoberfläche gibt und daher die Bodenreibung fehlt. Die innere Reibung lässt die Wirbel schließlich zerfallen, doch das dauert.

Gasriesen verfügen über eine starke innere Wärmequelle, welche die ganze Planetenatmosphäre von unten her aufheizt. Die Energie dazu liefert der Kelvin-Helmholtz-Effekt: Wenn ein vorwiegend aus Gasen bestehender Planet durch die Abgabe von Wärme in den Weltraum langsam abkühlt, dann sinkt der innere Druck und durch die nun überwiegende Schwerkraft zieht sich der ganze Planet nach und nach zusammen. Diese Kompression erzeugt die innere Wärme. Dadurch entwickelt sich, trotz der Sonnenferne in der Planetenatmosphäre eine starke Konvektion. So wie auf der Erde enstehen daher in einem sich durch die Freisetzung latenter Wärme selbstverstärkenden Prozeß hochreichende Quellwolken. Immer wieder gibt es Gewitter, Hagel, Schnee und Regen. Wolken und Niederschläge bestehen aber nicht nur aus Wasser, sondern in höheren Atmosphärenschichten auch aus Amminiak und Methan.

Jens Christian Heuer

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