Der Weg nach oben

Schaut man raus in den Himmel, so fällt auf, dass manchmal die Wolken eine scharfe Unterkante haben und an anderen Tagen nicht. Und wie kommt es, dass einige Wolken sehr flach sind und andere in die Höhe wachsen? Welche Hilfsmittel hat ein Meteorologe, um festzustellen, wie mächtig die Wolke wird?

Um diese Fragen beantworten zu können, muss zunächst geklärt werden, wie Wolken überhaupt entstehen. Dazu wird zur Veranschaulichung ein Luftpaket betrachtet. Steigt das Luftpaket vom Boden bis zu dem Punkt auf, wo es komplett gesättigt ist, dann beträgt die Luftfeuchtigkeit 100%. Der in dem Luftpaket enthaltene Wasserdampf kondensiert an den in der Luft enthaltenden Aerosolpartikeln und es bilden sich Wassertröpfchen, die dann als Wolken sichtbar werden. Dieser Punkt, an dem das Luftpaket keinen Wasserdampf mehr aufnehmen kann und sich Wolken bilden wird Taupunkt genannt. Bei Wolken mit glatten Unterkanten ist dieser Prozess gut sichtbar, da die Unterkante genau die Stelle kennzeichnet, wo die Luftfeuchtigkeit 100% beträgt (siehe Abbildung 1). Bei zerfransten Unterseiten spielen Verwirbelungen innerhalb der Wolke eine Rolle. Durch die Verwirbelungen kann beispielsweise feuchtere und kühlere Luft nach unten verlagert werden, was wiederum die Kondensation begünstigt.

Radiosondenaufstiege
Woher kann nun aber erkannt werden, in welcher Höhe sich Wolken bilden und wie groß diese werden? Dafür zieht ein Meteorologe sich die Daten der Radiosondenaufstiege zurate und kann so erkennen, wie die Atmosphäre gerade geschichtet ist und ob die Möglichkeit für die Bildung eines Gewitters besteht.
Dafür steigen sogenannte Wetterballons weltweit zu bestimmten Zeiten (00, 06, 12 und 18 Uhr UTC, also MEZ - 1 Stunde oder MESZ - 2 Stunden) auf. In Deutschland sind es zwölf Stationen, an denen ein solcher Radiosondenaufstieg durchgeführt wird. An einigen Stationen erfolgt der Aufstieg auch nur alle 12 Stunden, dann meist um 00 und 12 UTC. Bei der Messung werden während des Aufstiegs des Ballons die Lufttemperatur, die Luftfeuchtigkeit, der Luftdruck sowie die Höhenströmung (Windrichtung und -geschwindigkeit) aufgenommen. Diese Parameter werden über eine Sonde ermittelt und daraufhin an die Bodenstation geschickt. Der Ballon steigt bis in eine Höhe von 20 bis 30 km auf bis er zerplatzt und die Messgeräte mit einem kleinen Fallschirm zu Boden sinken.

Das SkewT-logP-Diagramm
Wie können die Radiosondendaten nun anschaulich dargestellt werden, damit wichtige Informationen für den Meteorologen schnell ersichtlich werden?
Oft wird dafür das SkewT-logP-Diagramm zur Veranschaulichung des Vertikalprofils (Temp) benutzt. Zu erkennen sind die Temperatur- und die Taupunktkurve (gelbe durchgezogene bzw. gestrichelte Linie).

Mit Hilfe des Diagramms kann so zum Beispiel eine Inversion in der Höhe erkannt werden (Abbildung 2). Inversion bedeutet, dass die Temperatur mit der Höhe zu- anstatt abnimmt. Haben sich unterhalb dieser Inversion Wolken gebildet, dann wirkt diese Inversion wie ein Deckel und die Wolken können sich nur noch zur Seite ausbreiten, da sie nicht mehr in die Höhe wachsen können.

Für die Kurzfristvorhersage (maximal drei Tage im Voraus) ist es auch sehr nützlich zu wissen, wie groß die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung eines Gewitters ist. Dabei wird das sogenannte CAPE (Convective Available Potential Energy) betrachtet. CAPE gibt das Maß an Energie an, das für die Konvektion und daher für die Bildung von kleinen Quellwolken bis hin zu schweren Gewittern zur Verfügung steht.
In Abbildung 3 ist die Höhenschichtung der Atmosphäre von Lindenberg vom 30.08.2012 um 14 Uhr Ortszeit dargestellt. Zu sehen ist, dass im Diagrammpapier die Temperaturkurve und die rechts davon verlaufende Feuchtadiabate (grün) eine Fläche einschließen, ab dem Schnittpunkt der blauen Linie (Linie des Sättigungsmischungsverhältnisses) mit der Temperaturkurve. Das kann ein Indiz für das Auftreten eines Gewitters sein (Abbildung 3). Je größer und je höher diese Fläche ist, desto kräftiger kann ein Gewitter ausfallen. In Lindenberg ist zu dieser Zeit auch ein Gewitter aufgetreten mit einer Niederschlagsmenge von 14,8 mm/h (siehe Abbildung 4).