Freitag, 19. März 2010

Warum ist Zyklon Ului gefährlich + Basics Zyklone/Gewitter

Hallo,

die Vorhersagen sind stabil, der Zyklon wird ab heute Abend allmählich die zentrale Küste von Queensland mit voller Wucht treffen. Nahe des Kerns weist Ului derzeit Windgeschwindigkeiten von im Mittel mehr als 40 m/s aus, das sind ca. 170 km/h.


(Karte verändert sich mit der Zeit)

Bis zum Landgang nahe Mackay wird sich das auf 20-25 m/s reduzieren, allerdings wird der Wind auf Südost stehen, also auflandig sein, was das Wasser ordentlich an Land treiben wird.

Hier die Animation der kommenden 3 Tage (Druck und Mittelwind)


An sich herrscht in Queensland normalerweise bei einem Zyklon keine Panikstimmung, die Leute sind diese Stürme gewöhnt, man versucht alles festzuzurren, Fenster zuzumachen, die gegend zu verlassen um wiederzukommen, wenn der Zyklon vorbei ist. Der Ului zieht aber aussergewöhnlich weit im Süden und in der Region, an der an Land trifft, sind Zyklone schon sehr viel seltener als beispielsweise in Cairns, zudem ist um Rockhampton die Gegend auch noch einigermaßen dicht besiedelt....

Hinzu kommt, dass dieser Teil von Queensland schon seit dem Beginn der Regenzeit im November unter aussergewöhnlich heftigen Regenfällen leidet.. neben dem Sturm bringt Ului auch jede Mengen Gewitterregen mit...


In weitere Folge krepiert Ului über Land, lässt aber auch energiereiche Luft zurück, sodass auch bis weit in die nächste Woche hinein mit teils schweren Gewittern gerechnet werden muss, was die Überschwemmungssituation verschärfen wird. Wie gesagt, wenn das ganze dann vorbei ist, wird man ein paar Bilder in den österreichsichen Nachrichten zu sehen bekommen....

Ein paar Worte nun zur Entstehung dieser Zyklone. Es ist denke ich recht einsichtig, dass man die tropischen Systeme sehr gut von den aussertropischen trennen kann, was den Mechanismus angeht. In vielen Büchern steht zu lesen, dass sich Zyklone erst ab einer Meeresoberflächentemperatur von 27° bilden können. Das ist leider Blödsinn bzw. die halbe Wahrheit. Bei 27° Meeresoberflächentemperatur ist im MITTEL die Atmosphäre bis obenhin so genannt feuchtlabil geschichtet und es kann losgehen. Ist allerdings die Temperatur in der hohen Troposphäre tiefer als *im Mittel* kann es schon bei tieferen Temperaturen losgehen. Man beobachtet auch die Formation von tropensturmöhnlichen Systemen z.B über dem Schwarzen Meer oder dem Mittelmeer, wenn vornehmlich im Herbst oder Winter hochreichende polare Kaltluft über das Meer streicht.

Also bitte an alle Leser: die 27 Grad Regel vergessen, bzw. als Faustformel für mitteler Atmosphärenverhältnisse nahe der Tropen zu verstehen. Im Einzelfall kann es ganz anders sein.

Kurz und bündig bestehen Zyklone aus  gigantischen Energiekonvertern, die latente Energie, also den Teil der Energie der in Form von Wasserdampf gespeichert ist und bei Kondensation frei wird, in kinetische Energie überführen.

Eine große Menge an Wasserdampf in der Luft allein reicht nicht zu Bildung eines Zyklons aus, wenn man den Dampf nicht zum Kondensieren bringt. Zur Kondensation bringt man die Sache durch Abkühlung, da es in der Atmosphäre nach oben hin kälter wird, also durch Aufsteigen.

Wie kann aber Luft *einfach so* aufsteigen ?

Das bringt uns zu einem interessanten Kapitel, nämlich der Betrachtung der Vertikalprofile von Temperatur (und Feuchte).

Ein Luftpaket steigt auf, wenn es positiven Auftrieb erfährt, also weniger dicht ist als die Umgebungsluft, sprich wärmer ist.

Es ist weiters einsichtig, dass ein aufsteigendes und damit expandierendes Luftpaket sich beim Aufsteigen abkühlt. Aber wie stark ? Es hat sich herausgestellt, dass viele Vorgänge in der Atmosphäre unter Beibehaltung der Entropie des Luftpaketes ablaufen. Kombiniert man nun diese Erkenntnis mit der Zustandsgleichung für Gase bzw. der barometrischen Höhenformel, erhält man die recht starke Aussage, dass sich ein Luftpaket beim Aufstiegen (Kondensation nicht berücksichtigt) exakt 9,8 Kelvin pro Kilometer abkühlt.

Nehmen wir an, die Temperaturabnahme zwischen Boden und 10km Höhe beträgt 5 K pro km. Kann in so einer Atmosphäre Luft aufsteigen ? Nein. warum nicht ? Weil durch die isentrope Abkühlung von 9,8 K pro 1000m das Paket stets kälter als die Umgebung sein wird (die nur 5K pro km kälter wird), damit dichter,  damit Absinken.

Nehmen wir eine Atmosphäre an, die 11K pro km Temperaturgradient aufweist. Hier würde spontanst großräumiges, explosionsartiges Aufsteigen einsetzen, da jedes aufsteigende Luftpaket stets wärmer als die Umgebung sein würde !! So ein Zustand ist nicht stabil und kommt nur kurzzeitig vor.

die 9,8K pro km sind also ein Grenzwert für den troposphärischen Temperaturgradienten. Geringere Abnahmen nennt man stabil, höhere labil. Die 9,8 sind *neutral*.

Im Mittel über die Troposphäre sind es etwa 6,5K pro km Temperaturabnahme, also an sich stabile Verhältnisse. Der Clou ist nun die Betrachtung des Wasserdampfes. Bringt man ein Luftpaket so weit nach oben, dass der darin enthaltene Wasserdampf kondensiert, so wird Kondensationswärme frei und zwar um so mehr, je mehr Wasserdampf enthalten ist. Diese freiwerdende Kondensationswärme erwärmt nun das aufsteigende Luftpaket sodass es sich sagen wir nur um 5K pro km abkühlt. Damit wäre es aber auch in der an sich trocken-stabilen Atmosphäre stets wämer als die Umgebung und wird beschleunigt aufsteigen....

Geschieht das im kleinen Rahmen, entstehen Quellwolken, Schauer und Gewitter.

Stehen aber wie über den tropischen Meeren riesige Gebiete warmer Meeresoberfläche mit enormem Wasserdampfgehalt zur Verfügung, dann kann dies über ein sehr großes Areal geschehen... das organisierte Aufsteigen führt zu einem Massenüberschuss in der Höhe, Masse fliesst dort ab, der Bodendruck fällt rapide, Zirkulation setzt ein, ..  usw usf und je nach Entwicklungsumgebung erhalten wir eine tropische Welle, einen tropischen Sturm und Zyklone verschiedener Stärkegrade.

(da sind jetzt ein paar Schritte übersprungen, ich weiß----)

Das Erklärte kann man aber gut selbst zur Gewittervorhersage nutzen, in dem man sich die vertikale Temperatur, Wind und Feuchteverteilung ansieht und daraus abschätzt ob organisiert Luftmassen aufsteigen können (Radiosondenaufstiege) .. oder nicht. Zur deren Interpretation aber vielleicht ein andern Mal mehr.

Lg

Manfred

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