Sonntag, 24. Juni 2012

Wallcloudmechanismen, falscher Haken und Nordafrikanische Aussichten

Hallo,

Spannendes und beeindruckendes hat sich beim österreichischen Sommerwetter seit meinem letzten Eintrag am Donnerstag zugetragen, zu viel um alles nocheinmal aufzuarbeiten, aber reichhaltig genug, um sich eklektizistisch ein paar Dinge herauszuklauben und zu beleuchten.

Es soll vor allem um die schweren Gewitter am Donnerstag Abend im Süden und Osten der Steiermark wobei im Südburgenland gehen.  Skywarner und Stormhunters waren unterwegs und haben teils beeindruckende Bilder geschossen, anhand derer man sich ein paar grundsätzliche Fragen stellen kann.

Im Nachfolgenden beziehe ich mich in der Hauptsache auf einen Bildbericht von Gerald Reczek, im voller Länge im Skywarn Austria Forum nachzulesen, und zwar HIER !

Der Bericht bezieht sich auf eine starke Zelle bzw. Zellen, deren Entwicklung mit dieser zusammenhängt, die vom Grazer Becken weiter nach Osten zog. Ich picke mir nach dem Eingangstatement später ein paar Bilder heraus und werfe mich anhand dieser auf die Frage:

Was ist eine Wallcloud und wie entsteht sie ?

Eine Wallcloud ist ein (deutlich) abgesenkter Wolkenteil des Aufwindbereichs einer Gewitterzelle. Per definitionem bildet sie sich im niederschlagfreien Teil einer Zelle.

Hier 2 Bilder einer Superzelle mit Mesozyklone und Wallcloud, wie sie sich unter österreichischen Verhältnissen, 23.6.2011, aufgenommen von Karl Wiedenhofer darstellt.



 Im ersten Bild sieht man, wie die Wallcloud von der Basis *runter*hängt, und man sieht auch, wie es rechts regnet, unter der Wallcloud und links davon trockene Verhältnisse herrschen.

Im Bild 2 der Blick auf die Mesozyklone aus etwas anderer Perspektive.. wiederum charakteristisch: rechts der Regen, links trocken und fast wolkenfrei

Im schlampigen Umgang mit den Tatsachen verkürzt sich die Meinung manchmal auf: "Die Wallcloud steht mit der Mesozyklone einer Superzelle in Verbindung." , und die WC wird deswegen oft als definierend herangezogen um eine Zelle als Superzelle zu definieren. Das stimmt aber leider nicht.

Hierzu muss man sich auf Ursachenforschung für die Entstehung dieser Wallclouds begeben.

Ein abgesenkter Teil kann aus 2 Gründen entstehen: Feuchtere Luft als in der Umgebung (höhere Taupunkte) bildet die Wallcloud, oder, die Luft in der Wallcloud steht unter geringerem Druck, sodurch die Temperatur auch geringer ist und die Sättigung eher als in der Umgebung erreicht wird.

Die Wallcloud entsteht meistens so, dass in der Phase, in der das Gewitter beginnt, Niederschlag ausfallen zu lassen, abgekühlte und angefeuchtete Regen/Hagelluft in den Aufwindbereich miteinbezogen wird. Diese Luft hat ein deutlich geringeres Kondensationsniveau und sorgt für eine (markante) Absenkung der Wolkenbasis. Das sieht man gut im ersten gepostetetn Bild, da geht ein *Finger* der Wallcloud in Richung des Regenbereichs rechts und deutet an, woher diese gefüttert wird.

Für diesen Prozess alleine braucht man keine Superzelle, die ja per defintionem an die Existenz einer langlebigen, markant rotierenden Mesozyklone (Übersetzung: Mesozyklone: Klein bis kleinstskalige ausgeprägte Zyklone im Aufwindbereich einer Zelle) gebunden ist.

Der obige Prozess kann auch bei einer Einzelzelle oder eine Multizelle auftreten. Entscheidend ist, dass die superzellige Wallcloud lange (mehr als 15, 30 Minuten) zu sehen ist, weil nur die Superzelle durch ihre Struktur in der Lage ist, trotz einsetzender massiver Niederschläge immer noch auch energiereiche Warmluft der Zelle zuzuführen, also mit Sprit zu versorgen.

Nicht superzellige Wallclouds existieren also nicht lange, da der Aufwind rasch von der Regen/Hagelkaltluft gekillt wird.


Der zweite Grund für die Ausbildung einer Wallcloud, und DER kann nur bei Superzellen mit kräftig rotierender Mesozyklone auftreten, ist Druckfall.

Sobald die Luft zu rotieren beginnt, wird nämlich eine Kraft wirksam, der sonst nicht soooo viel Bedeutung zukommt, die Zentrifugalkraft oder Zentrifugalbeschleuningung. Welche diese ist, muss ich niemandem erklären, der schon einmal Ringelspiel gefahren ist oder versucht hat eine scharfe Rechtskurve mit dem Auto mit 120 zu nehmen.

Die erreicht relativ rasch bei engen Radien und hohen Geschwindigkeiten Werte, die nicht zu vernachlässigen sind, auch für Gewitter. Diese, nach *außen* wirkende Beschleunigung kann nur durch die Druckgradientkraft, die nach innen wirkt, kompensiert werden. Succus: Je schneller die Mesozyklone rotiert, desto stärker muss im inneren der Druck fallen.

Ein paar Beispiele. Die Mesozyklone habe einen Radius von 1km. Die Bahngeschwindigkeit in 1km Abstand vom Zentrum betrage 30 km/h (8 m/s).

Das Kräftegleichgewicht v²/r = (1/ Dichte)*(dp/dr) sagt uns, damit das Ganze balanciert ist, muss der Druck im Zentrum 0.64 hPa geringer sein.

Lächerlich mag man sagen. (Dass das nicht lächerlich ist, zeigt sich wenn man diesen Druckgradienten auf die Strecke Wien-Salzburg umrechnet. Satte 180 hPa Druckunterschied auf 300km wären das, Supertaifune könnten dagegen einpacken ...)

Machen wir ein Beispiel mit 20 m/s. Da muss der Druck schon um 4 hPa sinken, bei 40 m/s um 16 hPa und bei höheren Geschwindigkeiten braucht man gar nix mehr, weil da hat man einen Tornado...

Soll heißen: Der Druckfall durch Rotation, von dem die Sättigung abhängt kann bei deutlich und sichtbar  rotierenden Mesozyklonen deutlich sein und die Wolkenbasis deutlich absenken.

Wie man an den Geschwindigkeiten jedoch sieht, braucht man schon sehr kräftige Rotation, damit der Effekt wirkt (Typ USASuperzelle) bei uns dürfte der Hauptmechanismus in der Niedersschlagskühlung liegen.

Die Unterscheidung der (langlebigen) Wallcloud von der bei uns viel häufigeren und nicht minder eindrucksvollen Shelfcloud (Böenkragen) ist selbst für Experten oft nicht leicht und führt zu vielen, oft auch ergebnislosen Diskussionen. Manche Shelfclouds tarnen sich eben nahezu perfekt als Wallclouds..

Eines der vielleicht besten Merkmale um auch solche Chamäleons auseinanderzuhalten ist für mich vielleicht das, dass bei der Shelfcloud die Symmetrie bezüglich Regenvorhang höher ist (Jener befindet sich bei Draufsicht  quer auf die Zelle recht gleichmäßig hinter der Shelfcloud), während bei der Wallcloud die Symmetrie dahingehend gestört, dass der Regen/Hagelvorhang bei selber Quersicht ganz stark auf einer Seite konzentriert ist (links oder rechts). Gebogene, herabhängende Fransen und Fraktuswolken am Vorderrand sprechen tendenziell auch Shelfclouds.

Eine Diskussion am Freitag in der Firma drehte nun dieses Bild: (Gerald Reczek, Skywarn)


Wallcloud oder nicht ? Vermutlich nicht. Die Wolke erscheint sichtbar getrennt von den Quellungen darüber, die Wallcloud wäre hingegen ein Teil der Quellungen. Über der Struktur sieht man eine Straße von Quellungen, mdie nach links immer höher werden, sie markieren die Zufuhr energiereicher Luft in die Zelle, die an der Stelle aber schon vom Boden abgehoben ist. Es dürfte sich um schlabbrige Shelfcloud, die den Ausfluß der Zelle markiert, handeln.



Obiges Bild: Ein Verdachtsfall für eine Wallcloud (selber Fotograf) , ob superzellig oder nicht sei dahingestellt. Rechts der Verdachts-WC in Form der kleinen Absenkung im linken Bilddrittel ist es komplett niederschlagsfrei, links hängen Regen und Hagel.


.. hier nun (selber Fotograf), nicht minder schön, dennoch aber vermutlich ein Böenkragen, wo einem die Walzen am Vorderrand beinahe ins Gesicht spingen. Im Wald sieht man Fraktuswolken, ein Zeichen, dass da schon Regen drübergezogen ist (vor der Aufnahme ?)

Wie dem auch sei, die Klassifikation und Einordnung auf Fotos wie auch auf freiem Feld kann unter Umständen teuflisch schwer sein.

Die zahlreichen Meldungen von Großhagel aus der Zelle sprechen dennoch overall für einen hohen Organisationsgrad und damit für die Existenz einer oder mehrerer Superzellen, die durchaus auch Böenkrägen aufweisen dürfen.


Ein anderes Kapitel vom Donnerstag: Die Diskussion entstand: Ist das ein Hookecho, ein Haken von Reflektivität, der um das Zentrum der Mesozyklone gewirbelt wird ?



 Die Antwort, nämlich ein klares NEIN; ergibt Bild 3 der Sequenz:


Es handelt sich um eine zufällig für 10 Minuten existierende Hakenform, ausgelöst durch die Bildung und das langsame Wachstum einer neuen Zelle, die südlich der Hauptzelle entsteht und, wie als Ergebnis auf Bild 3 zu sehen, links ausscherend nach Norden zieht.

Hook Echos existieren meist etwas länger als nur 10 Minuten und sehen z.B so aus:



Im Rahmen starker Mesozyklonen, die dann auch tornadoverdächtig sind, werden hohe Reflektivitäten (Regen, Hagel) um diese herumgewirbelt...


Summa summarum: Wallclouds sind nicht schlagend superzellendefinierend, sie können auch bei anderen Zellen vorkommen, sind dort aber nur kurz zu sehen. Shelf Clouds, die ebenso bei Superzellen vorkommen können, können einer Wallcloud täuschend ähnlich werden und führen bisweilen zu fälschlichen Wallcloudsichtungen und Superzellenmeldungen. Die Hilfestellung die der Leserschaft vielleicht gegeben werden kann.... alles wallige, das *lang* existiert und nicht nur 5 Minuten deutet auf etwas superzelliges hin..

Gut gut, ein lange Beitrag kommt zum Ende.. nicht aber ohne die Leserschaft auf die Wetterentwicklung zum Ende der neuen Woche hinzuweisen.


Aktuell greift eine Kaltfront auf Kontinentaleuropa über, der nachfolgende Trog wird das Wetter morgen und am Dienstag kühl(er) gestalten. Nach Wochenmitte wird das Tief über dem westlichen Bildausschnitt für uns relevant. Es handelt sich um eine Shapiro-Keyserartige auf Ostkurs, sie wird über dem Ostatlantik angekommen zunehmend Luft Nordwestafrikanischen Ursprungs zu uns schaufeln ...




Da wird sich der Juni einen rekordverdächtig-heißen Abschied leisten, sagt mir mein rechtes Knie.


Lg

Manfred

Kommentare:

  1. Hallo :)

    Ich hab noch ein Bild der 1. vermeintlichen Wallcloud angehängt, 2 Minuten, bevor die Aufnahme entstand, die der Bericht zeigt:

    http://www.bilderupload.de/bild.php/82613,wc1VVS5M.jpg

    und einen kurzen Zeitraffer der möglichen Wallcloud, von der selben Position aus fotografiert (wollte eigentlich Blitze fotografieren, hat sich erst im Laufe der Session zu möglich Interessantem gewandelt ;) )
    Mathias und ich waren uns - was die 1. "tiefhängende Wall" betrifft - schon nicht wirklich sicher - danke für deine fachliche Erklärung !!

    http://www.bilderupload.de/bild.php/82619,wcposDX362.gif

    Die ersten beiden Wallcloud-Bilder sind übrigens von (c) Karl Wiedenhofer (nur der Vollständigkeit halber), mittlerweile aktives Mitglied bei Skywarn Austria

    lg
    Gerald

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    1. Hallo Gerald,

      danke für die erste Aufnahme, ich denke, da kommt relativ *klar* zum Vorschein, dass die beiden Wolken nur wenig miteinander zu tun haben !

      @ Zeitraffer: Sehr schön. Ich glaube, dass wenn man die Aufnahme ein paar Mal durchrennen lässt und sich auf die vermeintliche Absenkung (ist nicht viel, vielleicht 100, 150m) konzentriert, man gut sieht, dass diese sogar schön kreiselt ! Wenn mal Zeit ist könntet ihr vielleicht ein avi draus machen, damit die Farbverfälschungen durch die GIF Konvertierung wegfallen und man das vielleicht noch klarer sieht, aber wie gesagt, ist (für mich ?) auch so schön zu sehen !

      @ Copyright: Karl hat mich via FB schon drauf aufmerksam gemacht, habe die Quelle mittlerweile geändert.

      Lg

      Manfred

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  2. Hallo Manfred,

    das Problem ist, dass es schon relativ dunkel war, zusätzlich gab es während der Serienaufnahme auch noch einen "Zoomwechsel", ich hab versucht, das beste rauszuholen. Sieht auf den Originalbildern auch nicht anders aus...
    Uhrzeit hab ich leider nicht - ist aber für mich ein Ansporn, es bei künftigen Chasings mitzuloggen (dazu müsste ich eigentlich nur mal einige Minuten Zeit finden, die Cam einzustellen *g*)

    lg
    Gerald

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    1. Ok, kein Stress ;)

      Weißt du noch die Himmelsrichtung, in die du fotografiert hast ? Ostsüdost ?

      Lg

      M.

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  3. Wir waren direkt neben der Autobahnabfahrt Fürstenfeld-ILZ - die vermeintlich tiefhängende Wall war Richtung Ost, evlt. OSO fotografiert, das Zeitraffer Richtung ONO

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    1. danke, das macht Sinn,

      lg und gut N8, Manfred

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  4. Hier gibt es von einem anderen Blickpunkt aus gesehen Fotos davon: http://skywarn.at/forum/viewtopic.php?t=13896&sid=e97044199d9c0d8097463fc31f07e2de

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  5. Hallo!

    Top-Bericht. Wenn die Wall Richtung Niederschlagskern absackt, sind das dann die Situationen, wo es zu einem sogenannten "rain-wrapped-Tornado" kommen kann?

    Shelf Clouds in Verbindung mit SZ gibts aber nur dann, wenn die SZ zusammenfällt und outflowdominant wird?

    Und was ich noch nicht verstehe: Angenommen wir stehen direkt unter einer superzelligen stark rotierenden Wall. Da ist der Druck am Boden dann tief wegen der Hebung und "ober" uns aber auch aufgrund der Rotation. Wie gleicht sich das dann aus - durch den Drucksprung im NS-Kern?

    Besten Dank
    Stefan

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    1. Hi,

      mir wärs lieber, ich könnte dir antworten, weil ich schon einen rain-wrapped Tornado gesehen habe, dem ist aber nicht so. Deswegen muss ich mein Wissen aus Büchern bemühen ;) Also m.W.n gibt es die Phase beim Tornado, wenn die heftig rotierende Meszklone den rückseitigen Niederschlag komplett um den Aufwind herumgewirbelt hat und ihn einschliesst. So sehr das kurzzeitig zurch Kompression die Tornadorotation anheizt, so fraglich ist es auch, wie lange der Aufwind , seiner Quelle beraubt, da dann noch existieren kann...

      2) Richtig, die Hebung allein führt durch die Divergenz oben schon zu merklichem Druckfall, dem überlagert ist der Zentrifugaleffekt der rotierenden Mesozyklone. Ausgeglichen wird das, sobald der Aufwind stirbt, die Divergenz oben endet und Konvergenz in das nunmehr kraftlose Tief hinein jenes auffüllt.

      <lg

      Manfred

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    2. Und.. Zum einen kann sich eine Superzelle im Lauf des Lebens wandeln (Squall line u.ä), vollkommen richtig. Böenkrägen kann man aber auch bei einer SZ in der Blüte ihres Lebens sehen, z.B am Rand des vorderen Niederschlagsteiles (FFD) und der Warmluft ! Da gibts beim Mechanismus kaum unterschiede zu Squalls, Einzel oder Multizellen.

      Lg

      M.

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  6. Da wir gerade bei dem Thema sind, hätt ich eine Frage, was passiert eig. mit dem Mesotief wenn sich die Superzelle plötzlich auflöst? wird der tiefere Druck einfach unsichtbar ausgeglichen, oder entstehen in diesem Gebiet bevorzugt neue kleinere Mesos oder div. Neubildungen? Und wie kann man "Sprünge" von Superzellen/Mesos erklären?

    Danke, im Vorraus,
    dein Blog ist super !
    mfg, Andi

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    1. Hi Andi,

      wie schon im Mommentar oben bemerkt, füllt sich das Mesoskalige Tief beim Tod der SZ (fehlender Aufwind durch Umrundung mit Kaltluft) durch Konvergenz aus dem Bereich mit höherem Druck runderum rasch auf. Meistgeschieht das, wenn RFD und FFD den Aufwind in die Zange nehmen, gemeint ist der Downdraft des vorderen Teiles, und der des hinteren Teiles. Allerdings bestehen an dem neuen *Tripelpunkt*, dem Zusammentreffen von RFD, FFD und Warmluft erneut gute Bedingungen für einen frischen rotierenden Aufwind und der Bildung einer neuen Mesozyklone. Der Aufwind und damit scheinbar die Zelle *hüpft* dann.

      Lg

      Manfred

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