Begriffsklärung: Geopotential heißt, dass ein festgelegter Druckwert (z.B. 500 Hektopascal) an einem bestimmten Ort in einer bestimmten Höhe erreicht wird (Höhenangabe in Dekametern, z.B. 552 geopotentielle Dekameter = 5520m über dem Meeresspiegel). Die Linien, die Bereiche desselben Geopotentials markieren, werden Isohypsen genannt. Meist ist nur eine Isohypse eingezeichnet, die anderen lassen sich anhand einer Farbskala rekonstruieren. Der Luftdruck wird in Hektopascal gemessen (alte Einheit: Millibar, 1mbar = 1hPa). Die Linien gleichen Luftdrucks (meist im Abstand von 5hPa) nennt man Isobaren. Auf einigen Karten sind Linien gleicher Temperatur eingezeichnet, sie werden Isothermen genannt. Bei bestimmten Wetterkarten sind die Windpfeile eingezeichnet und zusätzlich eingefärbt. Die Bereiche gleicher Farben sind auch Bereiche gleicher Windgeschwindigkeit und werden Isotachen genannt. Die Kurven, die den Aufstieg von Luftpaketen darstellen, werden Adiabaten genannt. Man findet sie in Radiosondendiagrammen (Temps)
In der Physik bezeichnet man Unterschiede eines Parameters als Gradienten, so spricht man von einem starken vertikalen Temperaturgradienten, wenn es in Bodennähe sehr warm und in 3km Höhe sehr kalt ist. Bereiche horizontaler Temperaturgradienten werden auch Wetterfronten genannt; im Übergangsbereich kalter und warmer Luftmassen gibt es fast immer auch Niederschlag, da warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann als kalte Luft. Die Kaltluft verdrängt die Warmluft und zwingt den in ihr enthaltenen Wasserdampf zur Kondensation, es entstehen Wolken.
Labilität bezeichnet die Eigenschaft einer Luftmasse, Luftpakete kondensieren und aufsteigen zu lassen. Dies kommt durch einen stark negativen vertikalen Temperaturgradienten zustande (in Bodennähe sehr warme und feuchte Luft, in 5km Höhe sehr kalte und relativ trockene Luft). Der Aufstieg von Luftpaketen erfolgt durch die unterschiedliche Abkühlung feuchter und trockener Luftpakete mit der Höhe. Feuchtegesättigte Luftpakete kühlen mit der Höhe weniger stark ab als trockene Luftpakete, da beim Kondensationsprozess Wärmeenergie frei wird. Diese Wärmeenergie sorgt dafür, dass das Luftpaket leichter als seine Umgebung bleibt und weiter aufsteigt. Sobald die Temperatur der Umgebung größer als die des Luftpaketes ist, endet der Auftrieb einer Quellwolke. Passiert dies bereits in Bodennähe, gibt es an diesem Tag nur Blauthermik.
Die Labilität wird als Zahlenwert ausgedrückt (CAPE: Convective Available Potential Energy; konvektiv verfügbare potentielle Energie, gleichbedeutend mit latenter Wärmeenergie). Je größer dieser Wert, desto eher neigt die Luftmasse zur Gewitterentwicklung. Meist wird auf Labilitätskarten auch ein Hebungsindex angegeben (in den meisten Fällen der Lifted Index; dieser wird in 4 unterschiedlichen Luftschichten als Temperaturgradient zwischen aufsteigendem Luftpaket und Umgebung bestimmt). Negative Zahlen bedeuten, dass das Luftpaket wärmer ist, die Schichtung ist labil. Positive Zahlen bedeuten, dass das Luftpaket kälter ist, die Schichtung ist stabil. Am besten (gerade in Herbst und Winter) bestimmt man den Lifted Index selbst anhand eines Radiosondendiagramms. Man schaut sich die Labilitätsfläche an und ermittelt in mehreren Schichten innerhalb der Labilitätsfläche den Gradienten zwischen Umgebungstemperatur und Luftpaket. Der Durchschnittswert ist der Lifted Index.
Im Winter kann es bei LI +8 oder mehr (laut Wetterkarten) gewittern, da die stabilen Schichten der oberen Atmosphäre trotzdem mit in die Rechnung einbezogen werden (Gewitterzellen sind im Winter nicht so hoch wie im Sommer). Wer Gewitter vorhersagen will, kommt um die Temps nicht herum.
So viel zum allgemeinen Teil, nun der spezielle:
Datenquelle:Wetterzentrale
- Geopotentialkarten mit Bodendruck und Temperatur
- Karten mit Temperatur- bzw. Taupunktangaben
- Karten mit der äquivalentpotentiellen Temperatur eines Niveaus
- Karten mit Geopotential und Vertikalbewegungen
- Karten mit Niederschlagsgebieten
- Karten zur Gewittervorhersage (Labilität, Hebungsindex)
- Karten mit Windrichtung und Windgeschwindigkeit
- Karten mit vertikaler Darstellung von Taupunkt und Temperatur (Temps)
- Karten der vertikalen Windscherung (Hodogramme)
- Karten mit Bodendruckangaben und Fronten
- Karten der elektrischen Aktivität (Blitzkarten, Sferics)
- Karten zur Bestimmung der Modellgenauigkeit (Ensembles)
Die wichtigsten Karten dieses Typs sind die des 500 und 850hPa-Niveaus. Das 500hPa-Niveau liegt in ca. 5500m Höhe, das 850hPa-Niveau liegt in ca. 1400m Höhe. Auf der 500er Karte kann man abschätzen, wie sich das Wetter in den nächsten Tagen entwickeln wird (markante Druckgebiete sind auf Höhenwetterkarten besser zu erkennen als auf Bodendruckkarten). Das 500er Niveau repräsentiert die mittlere Atmosphäre, dort findet man die meisten Druckgebiete (ein Kaltlufttropfen oder ein Höhentief ist auf einer Bodenkarte nicht zu erkennen und trotzdem wetterwirksam, er kann z.B. im Sommer Gewitter auslösen; in der 500er Karte ist er leicht zu erkennen).
Hier eine Beispielkarte:
Man erkennt auf dieser Karte mehrere Druckgebilde. Die Gebiete niedrigen Geopotentials (dort werden die 500hPa in geringerer Höhe erreicht) sind Tiefdruckgebiete, die Gebiete hohen Geopotentials sind Hochdruckgebiete. Eine markante Isohypse (552 gpdam) ist schwarz eingezeichnet. Die weißen Linien sind Isobaren des Bodendrucks, sie erleichtern die Zuordnung von Ausbuchtungen in den Druckgebieten (bei Hochdruckgebieten spricht man von Rücken oder Keilen, bei Tiefdruckgebieten von Trögen). Ein Keil oder Rücken entspricht einem schmalen Bereich hohen Luftdrucks inmitten einer Zone tieferen Luftdrucks. Ein Trog entspricht einem schmalen Bereich tiefen Luftdrucks inmitten einer Zone höheren Luftdrucks. Die grau gestrichelten Linien sind Isothermen, sie lassen erkennen wo ein Kaltlufttropfen liegt. Über dem Westen Deutschlands liegt eine Isotherme mit -20°C, östlich davon ist es kälter, westlich davon ist es wärmer. Auf dieser Karte erkennt man ein markantes Hochdruckgebiet, welches einen Keil über Großbritannien besitzt (es hat ein Geopotential von über 592 gpdam). Da der Luftdruck in Bodennähe größer als 1015hPa ist, handelt es sich um ein reines Hochdruckgebiet mit großer vertikaler Ausdehnung (es befindet sich kein Bodentief darunter). Das Hochdruckgebiet über dem Südwesten Russlands sieht da schon anders aus. Es hat zwar einen Bodendruck von über 1030hPa, allerdings befindet sich darüber eine Zone tiefen Geopotentials und tiefer Temperaturen (unter -25°C), daher kann man dieses Hoch auch als Höhentief oder Kaltlufttropfen interpretieren. Während das Hoch im Westen Europas für klares und sonniges Wetter sorgt, wird es unter dem Hoch im Nordosten überwiegend bewölkt sein, vielleicht sogar regnen (ein Blick auf die Niederschlagskarte bestätigt diesen Verdacht). Diesen zwiespältigen Charakter des Hochs hätte man mit einer reinen Bodenkarte nicht erkannt.
Westlich von Skandinavien befindet sich ein markantes Tief (Geopotential bei 496 gpdam, Bodendruck bei unter 970hPa). Dieses Tief hat einen ziemlich massiven Trog auf der Westseite (bis nach Grönland). Auf der Ostseite kann es keinen Trog entwickeln, da vor ihm ein Hoch liegt (das im Nordosten). Dieses Hoch wird das Tief wahrscheinlich nach Nordosten ablenken. Es fällt auf, dass sowohl die Isobaren als auch die Isohypsen sehr dicht beieinander liegen, betrachtet man den Bereich zwischen dem Hoch über Großbritannien und dem Tief über Island. In diesem Bereich wird der Wind gezwungen schneller zu strömen, die Windpfeile laufen auf eine Linie zusammen. Eine solche Engführung bezeichnet man als Konvergenz. Der Wind lässt sich dieses Spiel nicht gefallen und verschwindet einfach nach oben, daher sorgen starke Konvergenzzonen häufig für Schauer und Gewitter. Eine Begleiterscheinung von Konvergenzen, die sich über eine große Höhe erstrecken (hier kann der Wind nicht nach oben verschwinden, da es überall eng ist), ist sehr starker Wind (auf der Südseite des Islandtiefs tobt zum Vorhersagezeitraum ein Sturm, das Mittel in 10m Höhe ist ca.32 Knoten, entsprechend 60km/h, in Böen etwa das Anderthalbfache: 90km/h). Das entspricht schwerem Sturm (Windstärke 10). Weiter nördlich wird im Mittel Windstärke 9 (85km/h) erreicht, damit darf man dieses Tief als Sturmtief bezeichnen (entweder im 10minütigen Mittel Windstärke 9 oder Böen der Windstärke 11). Über dem Mittelmeerraum liegt ein großräumiges Tief, welches die Ursache für starke Gewitter im Südosten Griechenlands ist. Dasselbe Tief brachte nach einem Vorstoß sehr kalter Luftmassen in den unteren Luftschichten in weiten Teilen Deutschlands Schnee.
Nun kommen wir zur nächsten Karte, der 850er:
Auf dieser Karte sind die Isohypsen weiß gezeichnet und die Temperaturen in einer Farbskala dargestellt. Die Isothermen sind in 5°C-Schritten schwarz gezeichnet. Man erkennt Bereiche kalter Luft über Frankreich (unter 0°C) und relativ warme Luft über der Türkei (über 10°C). Man erkennt auf der 850er Karte die Druckgebilde wie auf der 500er Karte (nur ohne die Höhentiefs und Kaltlufttropfen). Die 850er Karte repräsentiert das unterste, nicht vom Erdboden beeinflusste Niveau. Daher kann man diese Karten gut zur Höchsttemperaturvorhersage benutzen. Über der Mitte Deutschlands sind es 1°C in 1480m Höhe. Bei trübem Wetter rechnet man pro 100m 0,6°C dazu (feuchtadiabatische Erwärmung), bei klarem Wetter 1°C (trockenadiabatische Erwärmung). Zur Zeit ist es ziemlich trüb, daher die 0,6°C pro 100m. Man würde so auf eine Höchsttemperatur von 8,4°C in 250m Höhe kommen ((1480-250)*0,006+1). Die reale Höchsttemperatur betrug aber nur magere 3,4°C. Was war passiert? Um diese Frage zu beantworten hilft nur ein Radiosondenaufstieg (Temp). Es kommt gerade im Herbst oft vor, dass es in der Höhe (1,5km) wärmer ist als am Boden. Man spricht von Temperaturumkehr (Inversion). Das Temp-Diagramm zeigt eine solche inverse Schichtung in etwa 500m Höhe, darüber kühlt es feuchtadiabatisch ab. Wenn eine Inversion gegeben ist, funktioniert das Verfahren zur Höchsttemperaturbestimmung in dieser Weise nicht! Man muss mit einem anderen Verfahren die Stärke der bodennahen Inversion berechnen und dann die Höchsttemperatur bestimmen. Ohne Rechnung geht es am besten mit Temps der Umgebung (die Stationshöhe ist unbedingt zu berücksichtigen!).
Diese Karten geben die Temperatur bzw. den Taupunkt (die Temperatur, bei der ein Luftpaket kondensiert, gleichbedeutend mit absoluter Feuchte) einer Region wieder. Die unterschiedlichen Temperaturangaben sind farbig dargestellt (nach einer Farbskala), die Isothermen sind in 10°C-Schritten schwarz gekennzeichnet. Anhand der Temperatur und des Taupunkts kann man die relative Luftfeuchte in Bodennähe bestimmen. Im Winterhalbjahr kann man so Nebellagen vorhersagen (wenn der Taupunkt und die Temperatur gleich groß werden, ist Nebel wahrscheinlich).
Den Unterschied (Gradienten) zwischen Temperatur und Taupunkt nennt man auch Spread. Je kleiner der Spread, desto feuchter die Luftmasse.
Hier sind die Mittagstemperaturen vom 11.11.04 dargestellt. Es ist in ganz Nord- und Westeuropa relativ kühl, nur im östlichen Mittelmeerraum und Nordafrika werden Temperaturen jenseits der 20°C erreicht. In Teilen Skandinaviens und Russlands gibt es Dauerfrost. Auf dieser Karte kann man auch markante Tiefdruckgebiete mit einiger Übung erkennen. Südlich von Grönland befindet sich ein Bereich, wo die 10°C und die 20°C-Isotherme sehr dicht beieinander liegen. Dort wird der Kern eines Tiefs liegen, westlich davon die Kaltfront und östlich davon die Warmfront. Auf der 850er Karte ist der Temperaturgradient genauso groß. Man erkennt auch gut, dass das Atlantikhoch auf seiner Nordseite Warmluft nach Nordosten und auf seiner Südseite Kaltluft nach Südwesten transportiert. Daher spricht man bei der Südseite auch von der kalten Seite des Hochs.
Die Karten mit dem Taupunkt sind genauso aufgebaut wie die Temperaturkarten. Man kann mit ihrer Hilfe Bereiche trockener Luft von Bereichen feuchter Luft unterscheiden. Dies ist im Sommer bei der Gewittervorhersage wichtig, denn je höher die Feuchte ist, desto mehr Energie steckt in der Luftmasse.
Hier eine Beispielkarte:
Man erkennt hier einen Bereich niedriger Taupunkte über ganz Westeuropa (vornehmlich auf der dem Mittelmeer zugewandten Seite). Im Vergleich mit den Temperaturen sieht man, dass gerade in Spanien die Luft sehr trocken ist (Temperatur bei 10°C, Taupunkt bei -4°C). Im Südosten Griechenlands liegen die Taupunkte bei über 18°C, die Temperatur bei 24°C. Durch die hohe Feuchte und Labilität kommt es dort zu starken Gewittern.
Diese Karten geben die äquivalentpotentielle Temperatur einer Luftmasse wieder (meist im 850er Niveau), es handelt sich dabei um einen Wert, der sich aus Temperatur und Taupunkt zusammensetzt. Je höher der Taupunkt, desto höher kann das Luftpaket durch Freisetzung latenter Wärme aufsteigen. Die äquivalentpotentielle Temperatur gibt an, wie hoch ein Luftpaket aufsteigen wird.
Beispiel:
Hier ist der Bodendruck und die äquivalentpotentielle Temperatur abgedruckt. Die äquivalentpotentielle Temperatur erleichtert das Einzeichnen von Fronten bei einer Bodenanalyse. Bereiche hoher Werte sind Warmsektoren, Bereiche niedriger Werte Kaltluftsektoren. So erkennt man zum Beispiel, dass sich das Tief über Island in der Okklusion befindet (die Kaltfront holt die Warmfront ein und schließt die Warmluft ein). Vor dem Tief ist ein Bereich niedriger Werte, am Rand des Tiefs ein Bereich höherer Werte und dahinter auch niedrigere Werte. Die Warmluft ist zwischen den beiden Kaltluftsektoren gefangen. Da die Werte hinter der Front niedriger sind als vor der Front, würde man hier allerdings korrekterweise keine Okklusion, sondern eine Kaltfront zeichnen. Bei Nordnorwegen befindet sich eine schwache Warmfront. Hat die Kaltfront die Warmfront überholt, so wird der Tiefkern von der Warmluft abgeschnitten. Es bleibt ein Kaltlufttropfen oder Höhentief zurück. Man erkennt auf dieser Karte südlich von Grönland (links unten) einen Bereich hoher Werte, der von zwei Bereichen niedriger Werte eingeschlossen ist, aber noch eine Verbindung nach Westen besitzt. Dies ist der Warmsektor eines jungen Tiefs. Rechts davon die Warmfront, links davon die Kaltfront. Je größer der Wert, desto höher kann das Luftpaket steigen, wenn es gehoben wird. Bei Werten über 40°C und starker Hebung gibt es schwere Gewitter.
Mit Hilfe dieser Karten findet man heraus, wo die Luft besonders schnell nach oben strömt oder absinkt. Hier werden die voraussichtlichen Höhenänderungen der Luftpakete abgedruckt. Die Angabe erfolgt in Hektopascal pro Stunde (wenn ein Luftpaket die Vertikalgeschwindigkeit -30hPa/h besitzt, so bedeutet dies, dass das Luftpaket in einer Stunde von 700hPa auf 670hPa aufgestiegen ist). So findet man heraus, wie stark die Luftpakete in einer Luftmasse gehoben werden (wichtig für die Gewittervorhersage). Bei labiler Schichtung und starker Hebung sind Gewitter besonders wahrscheinlich. Eine Kaltfront zum Beispiel zwingt die vor ihr liegende Warmluft dazu, aufzusteigen und Quellwolken zu bilden. Je höher die Verlagerungsgeschwindigkeit der Front, desto größer ist die Hebung. Langsam ziehende (schleifende) oder wellende Kaltfronten haben nur geringe Hebung, so dass die Warmluft auf der Kaltluft aufgleitet. Es entstehen Schichtwolken, die mäßigen Regen bringen. Schnell ziehende Warmfronten und mäßig bis schnell ziehende Kaltfronten schieben die Kaltluft bzw. Warmluft vor sich her. Die Warmluft kondensiert schnell und wird durch die schwerere Kaltluft zum Aufsteigen gezwungen. Die Vertikalbewegungen setzen sich aus zwei Komponenten zusammen: zum einen die Temperaturadvektion (positive Temperaturadvektion (PTA) bedeutet Warmluftzufuhr, negative Temperaturadvektion (NTA) bedeutet Kaltluftzufuhr) und die Vorticityadvektion (positive Vorticityadvektion (PVA) bedeutet dass die anströmende Luft stärker zur Wirbelbildung neigt, negative Vorticityadvektion (NVA) bedeutet, dass die anströmende Luft weniger stark zur Wirbelbildung neigt). In Bereichen maximaler PVA gibt es die stärksten Gewitter, da dort die Hebung am stärksten ist. PTA unterstützt ebenfalls die Gewittertätigkeit, da Warmluft mehr Energie speichern kann als Kaltluft. NVA und NTA wirken in labilen Luftmassen hemmend auf die Gewittertätigkeit. Bei WetterOnline gibt es unter dem Menüpunkt Profikarten Karten mit der Vorticityadvektion. Dunkelrot markierte Bereiche sorgen für höchste Hebungswerte.
Man erkennt auf dieser Karte Zonen starker Hebung im Bereich der Kaltfront vor der Küste Norwegens sowie einen Bereich starker Hebung über Korsika und Norditalien. Dort kommt es im weiteren Tagesverlauf zu Gewittern. Die Kaltfront über Norwegen bringt zwar kein Gewitter (äquivalentpotentielle Temperatur zu niedrig), dafür aber starke Regenschauer und Sturm. Da die Luft, die in der Okklusion (östlich von Grönland) aufgestiegen ist, auch irgendwann mal wieder auf den Boden zurück muss, befindet sich hinter ihr eine Zone absinkender Luftmassen (+32hPa/h). Das erklärt den Steifen schönen Wetters hinter einer schnell ziehenden Kaltfront, bevor sich der postfrontale (hinter der Front liegende) Schauerteppich nähert.
Auf diesen Karten sind die Niederschlagsgebiete nach Intensität farbig gekennzeichnet. Es sind die Durchschnittswerte, die das Modell ausgibt. Im Sommer gibt es zwischen vorhergesagtem und realem Niederschlag regional große Unterschiede, da ein Gewitter über 30mm Niederschlag bringen kann, auch wenn das Modell nur 5mm für die Region vorhersagt. Bei Gewitterlagen kann man nur großskalige konvektive (vertikalem Energietransport zugrunde liegende) Niederschlagsgebiete erkennen und vorhersagen bzw. eine Gewitterwahrscheinlichkeit für eine Region ermitteln, alles andere ist mit diesen Karten nicht möglich. Ein Hinweis zur Benutzung von Niederschlagsradaren: Starker Schneefall erreicht dieselbe Reflektivität wie mäßiger Regen, da Regentropfen die Radiowellen besser reflektieren als Eiskristalle. So genügen schon geringe Niederschlagsintensitäten (19 bis 28dBz) über einen Zeitraum von mehr als einer halben Stunde um ein Verkehrschaos auszulösen.
Hier sieht man das schon weiter oben angesprochene Niederschlagsgebiet unter dem Hoch im Nordosten (welches sich als Höhentief entpuppt). Im Bereich der Kaltfront werden moderate bis hohe Intensitäten erreicht. Man erkennt über Finnland noch ein Bereich geringer Niederschläge, dabei handelt es sich um eine Warmfront (typisch für Warmfronten ist Nieselregen). Über dem Erzgebirge fällt noch etwas Regen. Das junge Tief über dem Nordwestatlantik führt gewaltige Regenmengen mit sich (bis 45mm in 6h). Im Mittelmeerraum sind rot gekennzeichnete Niederschlagsgebiete (in der Legende steht "Konvektion", das heißt im Klartext Gewitter). Die Intensitäten sind moderat (bis 20mm in 6h), aber die Gewitter bringen lokal weit größere Regenmengen.
Diese Karten sind zur genauen Vorhersage von konvektiven Aktivitäten (sprich Schauer oder Gewitter) am besten geeignet. Man erkennt anhand der Farbe die potentielle Energie, die Zahlen geben den Hebungsindex wieder. Je dichter die Linien mit dem Hebungsindex beieinander liegen, desto stärker ist die Hebung.
Man sieht über dem Nordatlantik und dem Westatlantik hellblaue Bereiche (bis 100J/kg), dort wird es Schauer geben, teils auch Gewitter. Ob es Schauer oder Gewitter gibt liegt nicht alleine an der Energie und der Hebung, das vertikale Windprofil spielt eine mindestens eben so große Rolle. Ist mit der Höhe eine starke Zunahme der Windgeschwindigkeit und eine Änderung der Windrichtung zu verzeichnen, so sind diese Gewitter auch bei niedrigen Energiewerten sehr intensiv. Man spricht in diesem Fall von starker Windscherung. Solche Gewitter produzieren gerne Sturmböen und Tornados sowie Hagel; Überschwemmungen sind eher selten. Die Intensität solcher Gewitter liegt an ihrer geringen vertikalen Mächtigkeit in Verbindung mit starker Windscherung auf engstem Raum. Hohe Energiewerte (> 1000J/kg) lassen die Gewitterwolken sehr mächtig werden und die Aufwinde sehr intensiv. Die Energie wird hauptsächlich in Form von sintflutartigem Regen und Hagel freigesetzt, Sturmböen und Tornados kommen auch gelegentlich vor. Je höher der Energiewert bei konstanter Windscherung ist, desto eher neigen die Gewitterzellen zu einer Entwicklung als Multizelle oder Gewitterkomplex, das bedeutet zwar weniger Tornadogefahr, aber mehr Unwettergefahr durch Hochwasser, Hagel und Sturmböen. Lagen schwacher Labilität sorgen bei schwacher Windscherung für Schauer, bei mäßiger Windscherung für gefährliche, rotierende Gewitterzellen (Superzellen). Je höher die Labilität wird, desto stärker muss die Windscherung sein, damit Superzellen entstehen können. Es ist sinnvoll, bei der Schwergewittervorhersage die Geschwindigkeits- und Richtungsänderung des Windes in Abhängigkeit mit der Höhe aufzuzeichnen. Dies passiert bei so genannten Hodogrammen, die Interpretation von Hodogrammen erfolgt weiter unten.
Diese Karten benutzt man um die Windscherung zu ermitteln. Dafür schaut man sich die Windgeschwindigkeit und Windrichtung in verschiedenen Höhenschichten an einem Ort an und kann so die Scherung bestimmen. Man benötigt die Bodenwindkarte, die des 850er-Niveaus, die des 700er-Niveaus, die des 500er-Niveaus und (im Sommer) die des 300er-Niveaus, gelegentlich auch die 200er (bei hoher Labilität).
Die Windrichtung wird durch die Pfeile angegeben, die Windgeschwindigkeit anhand der Farbskala. Im Zentrum von Druckgebieten ist es immer fast windstill.
Diese Karte repräsentiert das Bodenwindfeld:
Hier erkennt man den Sturm vor Norwegen und eine windschwache Umgebung in Mitteleuropa. Allerdings sind die Bodenwerte nur im Flachland und am Meer repräsentativ, da Gebirge und andere Hindernisse den Wind beeinflussen. Meist ist der Wind über Land viel stärker als in den Karten vermerkt.
Auf der 850er Karte sieht man diesen Unterschied:
So ist der Wind in der Mitte Deutschlands hier deutlich stärker als auf der vorherigen Karte. Auf den niedrigen Gipfeln der Mittelgebirge (300 - 500m) ist der Wind in Böen etwa so stark wie hier auf dieser Karte (ca. 10m/s). In größeren Höhen ist der Wind stärker (ab 800m bereits in Böen 15m/s). Bei böigem Wind kann man in 1,4km Höhe den hier dargestellten Wert verdoppeln um die maximale Windgeschwindigkeit zu bekommen. Schauer und Gewitter können den Höhenwind (700hPa-Niveau) in ihren Abwind mit einbeziehen und so Sturm- oder Orkanböen verursachen, man spricht dann vom so genannten Impulstransport. Die 850er Windkarten sind gute Indikatoren für Sturmfelder (über 22m/s = 45kt in 850hPa bedeutet Böen der Stärke 9 ab einer Höhe von 300m).
Nun folgt eine Karte der Höhenwinde (auch High Level Jet oder Jetstream genannt) aus dem 300er-Niveau:
Man erkennt hier die Zentren von Druckgebieten, dort ist es fast windstill, und den Jetstream, ein starkes Westwindband in großer Höhe. Die Werte auf der Skala sind sehr viel größer als auf den vorigen Windkarten. Aufgrund der viel geringeren Reibung gegenüber dem Boden strömt der Wind sehr viel schneller. Südlich von Grönland erreicht er Maximalwerte über 300km/h im Durchschnitt! Ich verweise nochmals auf die Interpretation von Hodogrammen. Man kann sich gut vorstellen, was ein solcher Höhenwind mit einem Gewitteraufwind macht, nämlich dasselbe wie eine Wasserstrahlpumpe: mit gewaltiger Kraft ansaugen. Der Amboss wird sehr stark ausgeblasen und der Niederschlag fällt weiter vom Aufwind entfernt.
Anhand des Höhenwindes lassen sich Rückschlüsse über die Entwicklungsgeschwindigkeit und Verlagerung von Tiefdruckgebieten ziehen: Im Bereich starker Höhenwinde entwickeln sich neue Tiefs sehr rasant, vor allem auf der Nordseite des Jetstreams (man spricht von starker Zyklogenese). Die hohen Windspitzen kommen durch die Druckgebiete zustande, da der Wind ein Druckgebiet umströmen muss. Westlich von Großbritannien liegt ein sehr großes und mächtiges Hoch, über Island liegen mehrere starke Tiefs. Folge: Der Wind wird von den Druckgebieten in die Zange genommen und beschleunigt.
Diese Karten kennt man auch unter dem Namen "Radiosondenaufstiege", man lässt dafür einen mit Wasserstoff oder Helium gefüllten Ballon aufsteigen, an dem eine Funksonde befestigt ist. Diese Sonde liefert permanent Daten, die von der Empfangsstation aufgezeichnet werden. Die Windstärke und Windrichtung ermittelt man per GPS-Peilung. Die Ballone steigen bis ca. 18000m Höhe auf, wo sie zerplatzen. Die Sonde ist in Styropor eingepackt, damit sie den Absturz unbeschadet übersteht und wiederverwendet werden kann. Die Temps sind die wichtigsten Karten für die Gewittervorhersage, da man den Temperaturgradienten zweier Luftschichten sowie den Feuchtegehalt der Luftmasse sofort ablesen kann. Neben diesen Parametern sind noch einige Hilfslinien im Diagramm enthalten: Adiabaten (Aufstiegskurven für feuchtegesättigte und nicht feuchtegesättigte Luftpakete), Isothermen, Linien gleichen Mischungsverhältnisses (wichtig zur Berechnung des Convection Condensation Level (Untergrenze von Quellwolken)) sowie alle 100hPa eine Isobare. Will man nun die Untergrenze eines Cumulus bestimmen, so geht man vom Taupunkt (grau) in Stationshöhe parallel zu den Linien gleichen Mischungsverhältnisses (gelb gestrichelt), bis sich diese mit der Temperaturkurve (weiß) schneidet. Die Höhe des CCL (auf Deutsch: Kumuluskondensationsniveau, KKN) kann man anhand der Isobare am Schnittpunkt ablesen. Es gibt auch noch ein Kondensationsniveau für Schichtwolken, das LCL (Lifting Condensation Level). Man bekommt seine Höhe, indem man vom Taupunkt in Stationshöhe parallel zur Linie gleichen Mischungsverhältnisses nach oben rechts geht. Außerdem geht man von der Temperatur in Stationshöhe an der Trockenadiabaten (rot) nach links oben. Dort wo sich beide Linien schneiden, liegt das LCL (auf Deutsch: Hebungskondensationsniveau, HKN). Auf dem unten stehenden Diagramm ist das LCL und die Aufstiegskurve bereits eingezeichnet (blau gestrichelt). Man erkennt auf dem Temp auch noch andere Details: Zwischen 1000 und 900hPa liegt eine Schicht, bei der die Temperatur mit der Höhe zunimmt. Eine solche Schicht bezeichnet man als Inversion. Bereiche gleicher Temperatur bezeichnet man als isotherme Schichten. Im oberen Bereich des Diagramms stellt sich eine leichte Inversion bzw. Isothermie ein. Dort (bei 300hPa) liegt die Tropopause, die Übergangsschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre. Das Wettergeschehen (abgesehen von leuchtenden Nachtwolken) spielt sich ausschließlich in der Troposphäre ab.
Man kann noch weitere für die Gewittervorhersage wichtige Größen anhand des Temps bestimmen, so zum einen die latente Wärmeenergie oder potentielle Energie (CAPE). Man geht vom CCL die Feuchtadiabate (grüne Linie) oder einer Parallele dieser aufwärts und berechnet die Fläche, die von der Aufstiegskurve und der Temperaturkurve eingeschlossen wird. Ist die Temperatur der Aufstiegskurve immer niedriger als die der Temperaturkurve, so ist die Energie negativ. Man spricht bei einer negativen Energie in Bodennähe auch von konvektiver Hemmung (Convective Inhibition, CIN oder CINH). Dieser Energiebetrag muss überwunden werden, damit ein Luftpaket das Niveau freien Aufstiegs (LFC, Level of free convection) erreicht und zu einer Gewitterwolke kondensiert. In diesem konkreten Fall ist keine potentielle Energie vorhanden. Das CCL liegt bei etwa 800hPa, das LCL bei 950hPa. Unterhalb der Inversion hält sich zäher Hochnebel, darüber (bis 730hPa) ist es stark bewölkt oder bedeckt (Unterschied zwischen Taupunkt und Temperatur (= Spread) kleiner als 3°C). Die Bewölkung ist ein Mix aus Stratus (tief), Stratocumulus (tief) und Altostratus (mittelhoch). Bei 430hPa liegt eine weitere Wolkenschicht. Es handelt sich dabei um Cirrus, eine hohe Eiswolke (-30°C). Will man die Obergrenze einer Quellwolke (Cumulus oder Cumulonimbus) bestimmen, so geht man vom CCL an der Feuchtadiabaten entlang, bis sich diese zum letzten Mal mit der Temperaturkurve schneidet. Diese Höhe bezeichnet man als Niveau des thermischen Gleichgewichts (Equilibrium Level, EL), ab dieser Höhe breitet sich die Gewitterwolke nach den Seiten aus, der Amboss entsteht. Ab einer ET (Equilibrium Temperature) von -10°C oder weniger muss man bereits mit Schauern rechnen.
Für die Gewittervorhersage ist noch ein weiterer Parameter wichtig: das Niveau freien Aufstiegs (LFC). Man bekommt seine Höhe, indem man vom LCL der Feuchtadiabaten folgt, bis sich diese mit der Temperaturkurve schneidet. Auf diesem Diagramm gibt es kein LFC und kein EL, da keine Energie vorhanden ist. Im rechten Teil des Temps ist ein Hodogramm gezeichnet. Darunter befinden sich noch ein paar Werte: zum einen der K-Index (ein Labilitätsindex), der Totals-Totals-Index (auch ein Labilitätsindex) und ein weiterer Wert (PW), er gibt die ungefähre Hagelgröße an (nur bei Konvektion, sonst gibt's keinen Hagel).
Ein Hodogramm stellt die vertikale Windscherung dar. Der Startpunkt (Wind am Boden) ist mit einem Pfeil markiert, in Bezug zum Mittelpunkt des Kreises wird die Kurve der Windrichtungsänderung und Windgeschwindigkeitsänderung gezeichnet. Jeder Knick in der Kurve ist ein in das Hodogramm einbezogener Wert. Am besten erkennt man die Darstellungsweise eines Hodogramms anhand einer vertikalen Winddarstellung und einem Hodogramm.
Hier ist eine vertikale Winddarstellung, wie sie bei besonders gefährlichen Schwergewitterlagen auftritt (starke Richtungs- und Geschwindigkeitsscherung).
Man erkennt hier einen antizyklonal umlaufenden Wind, der mit der Höhe stark an Geschwindigkeit zunimmt. Ein solches Windprofil unterstützt die Rotation eines Gewitteraufwindes - es entstehen mit großer Wahrscheinlichkeit Superzellen. In einem Hodogramm werden die Werte anders eingetragen, man erkennt den Startpunkt hier auch ohne Pfeil.
Es ist immer zu fürchten, wenn einem bei hoher Labilität ein solches Hodogramm begegnet. Hat die Scherungskurve annähernd Parabelform, so liegt starke Richtungs- und Geschwindigkeitsscherung vor. Die roten Pfeile entsprechen dem Wind der oben angegebenen Höhe. Hodogramme gehen manchmal nur bis 3km Höhe, manchmal aber auch bis 9km Höhe. Gängig sind Höhen bis 5 oder 6km, das entspricht dem mittleren Bereich eines kräftigen Gewitters. Darüber liegt in den meisten Fällen ein noch stärkerer Höhenwind, dessen Richtungsscherung die Eigenschaften des Gewitters aber nicht mehr so stark beeinflusst. Entscheidend ist die Scherung in der unteren Hälfte, besonders bei flachen Gewitterzellen. Ein Hodogramm kann auch nur Geschwindigkeitsscherung aufweisen, dann liegt die Scherungskurve auf einer der Achsen. Eine lange Parallele zu einer Achse zeigt schwache bis mäßige Richtungsscherung und starke Geschwindigkeitsscherung an. Eine Ursprungsgerade zeigt - je nach Steigung - eine schwache bis sehr schwache Richtungsscherung und starke Geschwindigkeitsscherung an. Eine nach links oder rechts verschobene Gerade mit flacher Steigung zeigt eine mäßige Geschwindigkeitsscherung und eine starke Richtungsscherung an. Eine Parabel zeigt eine starke bis sehr starke Richtungsscherung und eine starke Geschwindigkeitsscherung an. Je länger die Kurve, desto stärker die Geschwindigkeitsscherung. Ausnahme: Ein Kreisfragment als Zustandskurve bedeutet schwache Geschwindigkeitsscherung und starke Richtungsscherung.
Näheres zum Thema Windscherung und Gewitter steht im zweiten von mir verfassten Artikel: "Gewitter - wie sie entstehen - welche Arten es gibt - wie gefährlich sie sind". Dieser Artikel befindet sich auch auf dieser Homepage (unter der Rubrik "Theorie").
Diese Karten sind die gängigen Analysekarten, die neben den Höhenwetterkarten die Wetterlage am übersichtlichsten darstellen. Hoch- und Tiefdruckgebiete sind eingetragen sowie Luftmassengrenzen mit Niederschlagsgebieten (Fronten). Man kann auf diesen Karten aber nur die bodennahe Wetterlage abschätzen (ein Höhentrog bleibt verborgen und der kann aus einem sonnigen Sommertag schnell ein Donnerwetter machen).
Am besten für die Vorhersage geeignet sind die Karten des UK MetOffice, dort ist jede noch so unscheinbare Konvergenzlinie und Höhenkaltfront eingezeichnet. Allerdings kann eine solch umfangreiche Darstellung gerade Anfänger sehr verwirren. Daher hier die Zeichenerklärung:
Warmfront: Linie mit Halbkreisen
Kaltfront: Linie mit Dreiecken
Okklusion: Linie mit Halbkreisen und Dreiecken
Höhenkaltluft (Kaltluftadvektion in der Höhe): Linie mit leeren Dreiecken
Höhenwarmluft (Warmluftadvektion in der Höhe): Linie mit leeren Halbkreisen
Wellende Kaltfront: Linie mit Dreiecken und Halbkreisen, jeweils in die andere Richtung zeigend
Kaltluftadvektion (KLA) am Boden: Dreiecke mit Kreuzen dazwischen
Warmluftadvektion (WLA) am Boden: Halbkreise mit Kreuzen dazwischen
Konvergenzlinie: Linie ohne weitere Elemente
Hoch- bzw. Tiefdruckzentrum: Kreuz mit Druckangabe
Isobaren: Dünne schwarze Linien mit Zahlenwert (hier in 4hPa-Abständen
Man erkennt hier drei Hochdruckgebiete und acht Tiefdruckgebiete. Über Nordfrankreich und den Niederlanden liegt eine Okklusion, dort gibt es etwas Regen. Zwischen Italien und dem Balkan liegt eine Konvergenzlinie, die im östlichen Mittelmeerraum für Gewitter sorgt. Das Tief nördlich von Island hat einen sehr niedrigen Kerndruck und sehr dichte Isobaren. Auf der Nordwestseite des Tiefs gibt es schweren Sturm. Die Warmfront über Nordnorwegen und Finnland ist ebenfalls eingezeichnet, das junge Tief über dem Nordwestatlantik (unten links) ist auch zu sehen. Es ist bei der genauen Vorhersage besser, die Höhenwetterkarten zu benutzen, die Analysekarten findet man in fast jeder Zeitung und in fast jedem Fernsehwetterbericht.
Auf diesen Karten kann man aktive Gewittergebiete gut erkennen. So kann man beispielsweise ein gewaltiges Gewittersystem von einer Aufgleitzone unterscheiden, da die Satellitenbilder in solchen Fällen nicht eindeutig sind. Hier ein IR-Satellitenbild des Naval European Metoc Center:
Die gelben Regionen markieren Wolkenobergrenzentemperaturen unter -65°C, dies können schwere Gewitter, aber auch hohe Cirruswolken sein. Toben gerade über Westeuropa schwere Gewitter? Handelt es sich im Süden Griechenlands nur um Aufgleitbewölkung? Die Blitzkarte weiß die Antwort (Hinweis: Nur die blauen Punkte sind relevant, da das Satbild von 9:30 UTC ist):
Man sieht, dass es über Westeuropa kaum und über Norwegen gar nicht gewittert. Dafür sind die Intensitäten im Mittelmeerraum (wie zu erwarten war) um so stärker. Auch die Wolken mit Obergrenzen bei -35°C sorgen für Gewitter. Ein besseres Verfahren zur Gewittererkennung auf Infrarot-Satellitenbildern geht über den Temperaturgradienten. Sind Bereiche hoher und niedriger Temperaturen sehr dicht beieinander, so hat die Wolke eine große vertikale Mächtigkeit und ist wahrscheinlich ein Gewitter. Das Gebilde südlich der Türkei sieht nach einem Gewittersystem aus, lässt sich aber nicht zweifelsfrei als ein solches nachweisen, da es zur angegebenen Zeit in diesem Gebiet nicht blitzte (evtl. befindet sich das Gewitter im Auflösungsstadium, da am frühen Morgen einzelne Blitze auf Zypern registriert wurden).
Anhand dieser Karten kann man abschätzen, wie genau eine Modellreihe ist und bis zu wie vielen Tagen man einigermaßen genau vorhersagen kann. Dabei werden geringfügig unterschiedliche Startwerte für eine Modellberechnung gewählt und nur drei markante Isohypsen bzw. Isothermen gedruckt. Je dichter alle Isohypsen oder Isothermen gleichen Wertes beieinander liegen, desto genauer ist die Vorhersage.
Die Ungenauigkeitsfaktoren sind die Druckgebiete, je mehr Hochs und Tiefs gerade da sind, desto ungenauer wird die Vorhersage. Dann sind die Läufe gelegentlich nur für 24 Stunden oder weniger zu gebrauchen.
Hier ist ein Spaghetti-Plot der 500hPa-Isohypsen zu sehen. Erst liegen die Linien noch relativ dicht beieinander, aber ab dem dritten Tag werden die Abweichungen für eine genaue Vorhersage zu groß - dann kann anhand der Mittelwerte nur noch ein Trend ermittelt werden. Hier sind die größten Unsicherheitsfaktoren das junge Tief über dem Nordwestatlantik und die Randwirbel des Sturmtiefs über Island. Am vierten Tag kann man noch eine Tendenz erkennen, aber ab dem fünften ist es quasi unmöglich, eine einigermaßen genaue Vorhersage zu erstellen. Schaut man sich bei WetterOnline den Deutschland-Trend und die Ensembles an, so erkennt man Parallelen: Sieht es am dritten und vierten Tag so aus wie hier, so steht dort ein "ziemlich sicher", danach folgt nur noch "unsicher".