Sonntag, 13. November 2011

Die Wichtigkeit von Jetstreams - Hintergrundwissen

Hallo,

bevor ich ins Thema einsteige ergeht folgender Hinweis: Aufgrund einiger Anregungen .... (: .... Die Loops im Loopkastl sind nun in unterschiedlichen Geschwindigkeiten verfügbar (Slowfood/Fastfood) als Option auswählen und auf GO klicken !

Weiters werden aus Nutzerfreundlichkeit nur noch 2 Blogbeiträge auf der Startseite angezeigt, da ich normalerweise mit großen Bildern nur so urasse, sollte nun kein Browser mehr einfrieren.

ZUM THEMA: 


es ist mir durchaus bewusst, dass ich manchmal mit Fachchinesisch ein bisschen über das Ziel hinausschiesse. Kein Problem, man kann ja versuchen, rückwirkend ein paar Dinge aufzugreifen und erklärenderweise noch einmal aufzubereiten.

Schon mehrfach habe ich im Zusammenhang mit den prominenten Zyklonentypen - Polarfrontzyklone und Shapiro-Keyserzyklone als Unterschiedungsmerkmal die Position des Tiefkerns relativ zum nächsten Jetstreak genannt. Dann mir die Leserschaft so abnehmen, vorstellen, warum das wirklich essentiell für viele Vorgänge in der Atmosphäre und damit auch in der Vorhersage ist, kann man es sich wahrscheinlich ohne nähere Erklärung nur schwer.

Zur Begriffsdefinition:

Ein Jetstream ist ein Starkwindband in der hohen Troposphäre, meist nahe der Tropopause, also in 8-12 km Höhe, je nach Jahreszeit. Er ist ein Phänomen der Subtropen und gemässigten Breiten.

Ein Jetstreak ist ein lokales Geschwindigkeitsmaximum entlang eines Jetstreams. Hier auf einem Bild:


Einen Jetstream sieht man hier von den Azoren über England nach Norden verlaufen, darin eingebettet befindet sich südwestlich von England ein lokales Geschwindigkeitsmaximum, ein Jetstreak.

Um zu verstehen, warum die Betrachtung der beiden so essentiell ist, muss man ganz zurück an den Anfang gehen und sich fragen, wie denn Wind und Druckunterschiede zusammenhängen und welche Fälle man da betrachten muss.

Hierzu bedient man sich in der Lehre zunächst eines sehr vereinfachten Modells, nämlich des geostrophischen Windes. Man geht davon aus, dass sich dieser Wind so einstellt, dass sich Corioliskraft (rechtsablenkende Kraft auf der Nordhalbkugel durch die Erddrehung) und Druckgradientkraft die Waage halten. Es resultiert ein Gleichgewichtswind:


ABER: Das gilt nur bei...

- Vernachlässigung der Reibung
- Geradliniger, zeitlich konstanter Strömung.

Summa summarum merkt man schnell, dass der gesotrophische Wind nur eine ganz grobe Approximation sein kann, da Strömungen bei uns zeitlich meist nicht konstant sind und auch Krümmungen aufweisen.


Krümmung ist ein gutes Stichwort. Ist die Strömung zwar zeitlich konstant, aber gekrümmt, so kommt eine weitere Kraft hinzu, die man einbeziehen muss: Die Zentrifugalkraft. So einfach wie beim Gradientwind ist das nun nicht mehr, da man jetzt eine Fallunterschiedung machen muss, und zwar zwischen zyklonal gekrümmter Strömung und antizyklonal gekrümmter Strömung.... was anhand der folgenden Grafik deutlich wird:



Im Fall der Strömung um ein Tief wirken Zentrifugalkraft und Corioliskraft gemeinsam gegen den Druckgradienten. Da die Corioliskraft nur von Windgeschwindigkeit und Breite abhängt muss der resultierende Wind nicht so stark wie bei gleichem Gradienten aber gerader Strömung sein, da der Rest ja von der Zentrifugalkraft beigesteuert wird.

Um ein Hoch herum ists anders. Hier wirken Druckgradient und Zentrifugalkraft gemeinsam gegen die Corioliskraft. Mit dem selben Argument von oben muss nun der Wind umso stärker sein um die geballte Summe von Druckgradient und Zentrifugalkraft auszubalancieren. Dabei kann bei gegebenem Gradienten die Krümmung nicht beliebig groß werden, irgendwann ist die Strömung unbalanciert (Imaginäre Lösung einer quadratischen Gleichung) und das Hoch wird so lange abgebaut, bis Gradient und Krümmung wieder eine Balance zulassen.

Beim Jetstreak kommt nun auch noch die zeitliche Instationarität zu all dem gesagten hinzu. Aus der Sicht eines Luftmoleküls wird es beim Durchlaufen eines Streaks zunächst beschleunigt und dann abgebremst, womit sein Impuls so gut wie nie durch den Druckgradienten, Zentrifugalkraft und Coriolikraft balanciert werden kann, da sich das potentielle Gleichgewicht mit jeder Sekunde ändert. Die Strömung wird dadurch ganz stark ageostrophisch, das heisst es treten Bewegungskomponenten quer zu den Isobaren auf:

  .. hier zwar auf Niederländisch, aber man versteht es :) G steht für dei Druckgradientkraft, C für die Coriliskraft, in Blau ist der Weg/Ablenkung des Moleküls dargestellt.


Als direkte Folge dieser Bewegungen quer zu den Isobaren kommt es zu einer ganz charakteristischen Verteilung von Divergenz (Auseinanderströmen) und Konvergenz (Zusammenströmen) in den hohen Luftschichten, es ergibt sich das klassische 4-er Muster mit Divergenz rechts hinten und links vorne.

Diese Div/Kon Verteilung in der Höhe steht natürlich mit den unteren Luftschichten in Verbindung, denn wo in der Höhe etwas netto auseinanderströmt, muss von unten Masse nachgeliefert werden, es herrscht Aufsteigen, die Konvergenz steht hingegen mit Absinken in Verbindung.

Genau daher kommt es, dass rechts hinten und links vorne ideale Bedingungen zur Intensivierung von Tiefs herrschen, an den anderen beiden Punkten jedoch Hochs gefördert werden.

Da nun wiederum die Stärke des Jets auch die Intensität der Fronten und der Hebungsvorgänge an diesen bestimmt, ist es wiederum klar, dass an der SHPK-Zyklone rechts hinten die Warmfront vom Jetstreak profitiert, an der Polarfrontzyklone die Kaltfront und dem entsprechend die Bewölkungsbilder der beiden Zyklonentypen so unterschiedlich ausgeprägt sind.

Zm Abschluss noch das Satellitenbild von heute Nacht, das Sükrü auf dem Höhepunkt seiner Entwicklung als SHPK Zyklone zeigt, ein Schwammerl zum anbeissen ....



Damit einen schönen Sonntag nach Österreich,

lg

Manfred

Kommentare:

  1. Hallo,
    Eine Frage: Wie kann man eine Shapiro-Keyser Zyklone von einer Polarfrontzyklone mit einer warmfrontartigen Okklusion unterschieden?
    Oder gibt es hier gar keinen Unterschied?
    Heißt das sogar, dass jede der (wie man in der Synoptik-VO lernt) Zyklonen mit Okk mit Warmfrontcharakter, gleichzeitig eine Shapiro-Keyser Zyklone ist? Ich fürchte, mir ist die Notwendigkeit bzw. Möglichkeit der Unterscheidung zwischen diesen beiden Zyklonentypen noch nicht ganz bewusst.
    Danke im Voraus für die Antwort!
    VG Rainer K

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  2. Hallo Rainer,

    die Frage ist nicht eindeutig zu beantworten, was mehrere Gründe hat. Zum einen: Die Literatur über SHPK Zyklonen ist nicht allzu umfangreich, es handelt sich um ein klassisches konzeptionelles Modell, das von der Beschreibung der Optik ausgeht und dieses Erscheinungsbild konzeptionell, nicht theoretisch z.B mit einer Höhenströmungskonfiguration in Zusammenhang stellt und es so plausibilisiert. Eine echte Theorie ist es nicht.

    2. Warmfront- und Kaltfrontokklusion sind keine ganz eindeutig definierten Begriffe und lassen wiederum viel Interpreationsspielraum. Oft stellt man sich auf den Standpunkt eines fixen Betrachters, über den eine Okklusion drüberzieht, der dann überprüft ob die Luftmasse vor oder hinter der Okklusion wärmer ist.

    Eine andere valide Vorgangsweise ist es, sich auf das Bezugssystem des gesamten Systems (Langwelle, Kurzwelle) zu begeben und sich mit diesem mitzubewegen, und die Analyse relativ zu den ziehenden Trögen und Keilen zu betrachten. Da kann es dann auch passieren, dass eine absolut gesehen kaltaktive Okklusion relativ gesehen zu einer warmaktiven wird und man auch nur so das Erscheinungsbild (breiter Aufgleitschirm der Okk. auf der kälteren Seite) auf dem Satbild erklären kann.

    Meiner Beobachtung nach kann es sowohl bei den klassischen Zyklonen als auch bei den SHPK's absolut gesehen beides geben. Relativ zum ziehenden Trog gesehen handelt sich sich bei der Okk. der SHPK, die von manchen Puristen sogar nichteinmal als Okk. sondern als eine um den Kern gewirbelte Warmfront gesehen werden um eine Okk. mit ganz klarem Warmfrontcharakter. Bei der Polarfrontzyklone ist beides, relativ und absolut vielleicht gleichermassen vertreten.

    Die Unterscheidung in SHPK und Normal macht über WF und KF Okk. hinaus Sinn, weil es an der SHPK auch ganz charakteristische Wettererscheinungen, die mit dem Konzeptionellen Modell dieses Typs zu tun haben, gibt. Das ist z.B eine sehr konvektiv durchsetzte, weil potentiell instabile Kaltfront, ein sehr breiter Aufgleitschirm der WF, wo an Polarfrontyklonen auch Bänder vorkommen können, lokale Sturmgebiete in Kernnähe (in Zshg mit sehr trockenen Einschüben..) und einige mehr.

    Ich hoff, das klärt ein bisschen was.

    Lg

    Manfred

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  3. Hallo Manfred!

    Alles klar, außer der Bereich unterhalb von Punkt 2. Also das mit den Kurz- und Langwellen.

    Lg

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  4. Hi,

    hm, ich versuchs etwas detaillierter: Man kann die Absolute Bewegung einer Front in 2 Komponenten aufspalten: In die Bewegung des Troges/Keiles, an den die Front *gebunden* ist (Wellen der Höhenströmung) plus die Bewegung der Front relativ zu dieser Welle. Zieht man überall die Verlagerungskomponente der Tröge/Keile ab, erhält man die Relativbewegung. Auf diesen relativbewegungen gründet sich die Sichtweise der sogenannten relativen Ströme, ein wichtiges Konzept in der Satellitenmeteorologie.

    Auf einen ziehenden Trog bezogen kann man somit feststellen ob sich eine Front mehr Richtung Trogachse ('relativ warmaktiv') oder von dieser weg bewegt ('relativ warmaktiv').

    Mit dieser Sichtweise kann man in recht anschaulicher Art und Weise Phänomene auf Satbildern etc. plausibilisieren, auf die man in der absoluten Welt nicht so klaren Zugriff hätte.

    Lg

    Manfred

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  5. Hallo,

    Danke, jetzt sehe ich um einiges klarer. Dachte mir, dass bei den SHPK-Zyklonen eventuell schon theoretischere Ansätze bekannt sind, die über ein rein konzeptionelles Modell hinaus gehen.
    Persönliche Beobachtungen:
    Viele der SHPK-Zyklonen, auf welche du in deinem Blog hingewiesen hast, scheinen tropischen Ursprungs zu sein, mit einer höheren Vorticity als klassische Zyklonen (+ warmer Kern). Den persistenten 90° Winkel der Fronten zueinander und die Unwilligkeit zu okkludieren vermag das aber meiner Auffassung nach nicht unmittelbar zu erklären...

    Lg Rainer K

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Da kenntat ja jeder kumman ...! Dennoch ... Hier ist Platz dafür :) !